Et molekylært motorisk designgennembrud

Franske forskere fra CNRS og Universite de Bordeaux, i samarbejde med et kinesisk team, har udviklet det første molekylære stempel, der er i stand til selvsamling. Deres forskning repræsenterer et betydeligt teknologisk fremskridt inden for design af molekylære motorer. Sådanne stempler kunne, for eksempel, bruges til at fremstille kunstige muskler eller skabe polymerer med kontrollerbar stivhed. Resultaterne er publiceret den 4. marts 2011 i tidsskriftet Videnskab .

Levende organismer gør udstrakt brug af molekylære motorer til at udføre nogle af deres vitale funktioner, såsom at lagre energi, muliggør celletransport eller endda bevæger sig rundt i tilfælde af bakterier. Da sådanne motorers molekylære layout er ekstremt komplekse, videnskabsmænd søger at skabe deres egne, enklere versioner. Motoren udviklet af det internationale team ledet af Ivan Huc, CNRS-forsker i "Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets"-enheden, er et "molekylært stempel". Som et rigtigt stempel, den omfatter en stang, på hvilken en bevægelig del glider, bortset fra at stangen og den bevægelige del kun er flere nanometer lange.

Mere specifikt, staven er dannet af et slankt molekyle, hvorimod den bevægelige del er et helixformet molekyle (begge er derivater af organiske forbindelser specielt syntetiseret til formålet). Hvordan kan det spiralformede molekyle bevæge sig langs stangen? Surhedsgraden af ​​mediet, hvori den molekylære motor er nedsænket, styrer helixens fremskridt langs stangen:ved at øge surhedsgraden, helixen trækkes mod den ene ende af stangen, da det så har en affinitet til den del af det slanke molekyle. Ved at reducere surheden, processen vendes, og helixen går i den anden retning.

Denne enhed har en afgørende fordel sammenlignet med eksisterende molekylære stempler:selvsamling. I tidligere versioner, som har form af en ring, der glider langs en stang, den bevægelige del føres mekanisk på stangen med ekstrem vanskelighed. Omvendt det nye stempel er selvbyggende:forskerne designede det spiralformede molekyle specifikt, så det slynger sig spontant rundt om stangen, samtidig med at den bevarer tilstrækkelig fleksibilitet til dens laterale bevægelser.

Ved at tillade storskalafremstilling af sådanne molekylære stempler, denne selvsamlingskapacitet lover godt for den hurtige udvikling af applikationer inden for forskellige discipliner:biofysik, elektronik, kemi, osv. Ved at pode flere stempler sammen ende-til-ende, det kunne være muligt, for eksempel, at producere en forenklet version af en kunstig muskel, i stand til at indgå kontrakter efter behov. En overflade, der stritter med molekylære stempler kunne, efter behov blive en elektrisk leder eller isolator. Endelig, en storstilet version af stangen, hvorpå flere helixer kunne glide, ville give en polymer med justerbar mekanisk stivhed. Dette viser, at mulighederne for dette nye molekylære stempel er (næsten) uendelige.