您现在的位置是:首页 >新闻频道 > 资讯 > 2019-12-18 10:45:39

研究人员制造出世界上最快的分子穿梭机

得益于巧妙的化学设计,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了一种非常快的分子机器。运动部件在创纪录的300亿分之一秒的时间内彼此相对移动了一个多纳米。该结果最近发表在《美国化学学会杂志》上。

分子机器是轮烷,一种分子结构,在细长的线形分子周围具有环形分子。环可以从导线的一侧移动到另一侧,就像穿梭巴士一样。

阿姆斯特丹研究人员通过一种新的分子设计实现了创纪录的速度,这种设计使金属丝的一侧能够像以前那样将航天飞机拉向它。此外,他们使用了一个全新的概念来触发运动,即光化学酸碱反应。

用光控制运动

HIMS分子光子学小组已经在基于轮烷的分子电动机上工作了一段时间,该电动机的运动可以通过光来控制。对于最简单的轮烷,滑环没有首选方向,因此它会在金属丝上随机移动。在更高级的品种中,金属丝包含分子“工位”,分子“工位”为金属丝上的某些位置引入了对环的偏爱。通过化学改变这些站与光的帮助下,调整其吸引力的环,它可以使从一个环移动站到另一个。以这种方式,正确颜色的闪光可以控制纳米级长度的运动。

阿姆斯特丹小组和其他地方(例如诺贝尔奖获得者弗雷泽·斯托达特,让·皮埃尔·索瓦奇和本·菲林加的研究小组)已成功应用了这一原理。目前,分子机器的研究领域仍处于起步阶段,但是这种可切换分子电动机的潜在未来应用是例如分子计算机。

该机制的唯一问题是行驶时间。如果圆环在某个位置上,而另一个光点使它变得更具吸引力,则只需等到圆环自发离开其起始位置,然后通过在路径上的随机走动而到达更强的绑定位置即可。线。如果导线很长,此过程可能会花费很长时间。

鱼叉机制

弗雷德·布劳维尔(Fred Brouwer)和他的博士 学生Tatu Kumpulainen提出了一个解决方案:他们设计了一种分子机器,其中终端站对环具有极强的吸引力,以至于使导线变形,使终端可以抓住环,然后将其拖到导线上直至最终目的地(见图)。这种所谓的鱼叉机制使他们能够创造出创纪录的分子穿梭速度。这些分子是由有机化学大师Bert Bakker制成的。他已经退休很长一段时间,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合作。他们使用一小段紫外线脉冲来诱导环的运动,然后使用第二条红外线脉冲来跟随环的运动。对于1纳米的覆盖距离,测量的记录时间为30纳秒。这意味着平均速度为每秒3厘米。这似乎很慢,但是比最快的生物运动蛋白(肌球蛋白,会导致我们的肌肉收缩)快4000倍。未来的挑战之一是使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。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。

相关文章