Undersøgelse måler enkelt-molekyle maskiner i aktion

(PhysOrg.com) -- I udviklingen af ​​fremtidige molekylære enheder, nye displayteknologier, og "kunstige muskler" i nanoelektromekaniske enheder, funktionelle molekyler spiller sandsynligvis en primær rolle.

Rotaxaner, en familie af sådanne molekyler, er små, mekanisk sammenkoblede strukturer, der består af et håndvægtformet molekyle, hvis stangsektion er omkranset af en ring. Disse strukturer opfører sig som molekylære "maskiner, "med ringen bevæger sig langs stangen fra en station til en anden, når den stimuleres af en kemisk reaktion, lys eller surhed.

For at realisere potentialet i disse molekylære maskiner, imidlertid, det er nødvendigt at forstå og måle deres funktion på nanoskala. Tidligere metoder til at observere deres funktion har involveret kemiske målinger i opløsning og undersøgelse af samlinger af dem fastgjort til overflader, men ingen af ​​dem har givet et nøjagtigt billede af deres funktion i miljøer, der er relevante for molekylær enhedsdrift.

Nu, et tværfagligt team af forskere fra UCLA, Northwestern University, UC Merced, Pennsylvania State University og Japan har haft held med at observere enkelt-molekyle interaktioner af bistabile rotaxaner, der fungerer i deres oprindelige miljø.

Holdets resultater er offentliggjort i den aktuelle udgave af tidsskriftet ACS Nano .

Ledet af Paul Weiss fra UCLA og Fraser Stoddart fra Northwestern University, holdet udviklede et molekylært design, der fastgjort rotaxaner til en overflade, gør det muligt for dem at blive individuelt undersøgt i deres oprindelige miljø med et scanning tunneling mikroskop (STM). Ved at bruge denne teknologi, forskerne var i stand til at registrere stationsændringer ved rotaxanernes ringe langs deres stænger som reaktion på elektrokemiske signaler.

Tidligere, rotaxaner måtte grupperes til undersøgelse på grund af deres mobilitet og fleksibilitet, når de blev knyttet til overflader. Og fordi STM-instrumenter bruger en atomisk tynd spids til at mærke overflader i nanoskala - på samme måde som en blind person læser blindeskrift - gjorde rotaxanernes fleksible natur det vanskeligt at studere dem individuelt. Forskerholdets molekylære design, imidlertid, var med til at reducere denne fleksibilitet markant.

STM udviklet af teamet muliggør meget mere detaljerede undersøgelser af molekylære maskiner, fører til større forståelse for, hvordan de interagerer med deres naboer, og hvordan de kan arbejde sammen i nanoelektromekaniske enheder.