研究人员制造出世界上最快的分子穿梭车

时间:2019-12-20 12:38 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

研究人员制造出世界上最快的分子穿梭车

图中显示的是一种叫rotaxane的分子。来源:维基共享

多亏了一项巧妙的化学设计,阿姆斯特丹大学范特霍夫分子科学研究所(HIMS)的研究人员成功地制造出了一种非常快的分子机器。移动的部分相互之间移动超过1纳米,以300亿分之一秒的时间打破了记录。研究结果最近发表在《自然》杂志上

美国化学学会期刊

.

分子机器是一个rotaxane, a

分子结构

一个环状的分子围绕着一个拉长的分子

线

形的分子。这个环可以从电线的一边移动到另一边,就像一辆穿梭巴士。

阿姆斯特丹的研究人员创造了他们的速度记录,这多亏了一种新的分子设计,使得金属丝的一边可以将航天飞机拉向它。此外,他们使用了一个全新的概念来触发运动,一个光化学酸碱反应。

光控制运动

HIMS分子光子学组已经在基于rotaxane的分子马达上工作了很长一段时间,其运动可以被控制

.在最简单的轮烷的情况下,滑动环没有一个首选的方向,所以它在导线上随机移动。在更先进的品种中,这种金属丝含有分子“站”,这些分子“站”使金属丝上的某些位置对金属环产生偏爱。在光的帮助下,通过化学方法改变这些位置,调整它们对环的吸引力,就有可能使环从一个位置移动

到另一个地方。这样,一束颜色合适的光就可以在纳米尺度上控制运动。

研究人员制造出世界上最快的分子穿梭车

“鱼叉效应”的工作原理图。资料来源:HIMS / Maximilian Paradiz

这一原则已被阿姆斯特丹小组和其他地方成功地应用(例如诺贝尔奖得主弗雷泽·斯托达特、让-皮埃尔·索瓦奇和本·费林加的研究小组)。目前,分子机器的研究领域仍处于初级阶段,但这种可切换分子马达未来的潜在应用,例如,分子计算机。

这个机制的唯一问题是运行时间。如果环在一个特定的位置,而另一个位置通过光的作用变得更有吸引力,你只需要等到环自发地离开它的起始位置,然后在导线上随机走到更强的结合位置。如果电线很长,这个过程会花很长时间。

鱼叉机制

Fred Brouwer和他的博士生Tatu Kumpulainen想出了一个解决方案:他们设计了一个

分子机器

在这种情况下,终端站对环有很强的吸引力,它使电线变形,从而使站能抓住环,然后把它从电线上拖到它的最终目的地(见图)。这种所谓的“鱼叉”机制使他们能够创造出速度创纪录的分子穿梭。这些分子是由有机化学大师伯特·巴克制造的。他已经退休很长时间了,但仍然喜欢他的实验室工作。

为了测量分子穿梭的速度,Brouwer和Kumpulainen与同事Matthijs Panman和Sander Woutersen一起工作。他们用短脉冲的紫外光来诱导圆环的运动,然后用第二脉冲的红外光来跟踪圆环的运动。测量的记录时间为30纳秒,覆盖距离为1纳米。这意味着平均速度是每秒3厘米。这可能看起来很慢,但它比最快的生物运动蛋白(导致肌肉收缩的肌球蛋白)快4000倍。未来的挑战之一是让小型人造运动分子像我们肌肉中的运动蛋白一样协同工作。

更多信息:

美国化学学会期刊

DOI: 10.1021 / jacs.9b10005

当前位置:主页 > 化学知识 >

声明:本文杏鑫娱乐整理不代表个人观点,转载请注明原文,点击还能查看更多的文章;本文网址: http://www.kozbods.com/huaxue/yjryzzcsjszkdfzcsc.html

围观: 次 | 责任编辑:杏鑫

延伸阅读

SEO关键字



回到顶部