Så kan en molekylär motor växlas
Molekylära motorer har många tillämpningsområden, men en utmaning är att kunna kontrollera molekylernas rörelser. Nu har forskare utvecklat en fungerande ”växel”.
Det kan låta som science fiction, men i kroppen finns många biologiska ”molekylära motorer” som driver muskler och transporterar ämnen inne i celler.
Forskare inom kemi och nanoteknik har länge haft som mål att utveckla artificiella molekylära motorer. De kan bli användbara inom flera områden i framtiden, till exempel för att leverera läkemedel till rätt plats i kroppen eller för att lagra solenergi.
– Artificiella molekylära motorer är molekyler som tar upp ljus från en extern källa, exempelvis solljus, och omvandlar energin i ljuset till rörelseenergi, förklarar Bo Durbeej, professor vid Linköpings universitet.
Men enbart en motor räcker inte. Om en bil skulle ha en motor men sakna hjul skulle den inte komma långt. Kraften från motorn måste flyttas – i bilens fall till hjulen – och det görs via en växellåda.
Energi måste kunna överföras
På samma sätt behöver forskarna konstruera molekylära växlar som kan överföra rörelseenergin från en del av en molekyl till en annan del. Framtida tillämpningar är beroende av att rörelsen kan användas någon annanstans än där den skapas.
– Många forskare har länge försökt att konstruera molekylära växlar. Vi har tagit fram en designprincip för hur man kan överföra rotationsrörelsen till en annan del av ett molekylärt system och ha fullständig kontroll över rotationens riktning. Tidigare designer har inte kunnat kontrollera rotationsrörelsen, säger Bo Durbeej.
Forskare utvecklade en ny design
En stor utmaning är att den del som forskarna vill få att rotera, ”propellern”, sitter ihop med resten av molekylen med en enkelbindning. Enkelbindningar roterar väldigt lätt, vilket gör det svårt att kontrollera rotationens riktning.
Det här problemet har forskare vid Linköpings universitet lyckats lösa genom att hitta en bra kombination av samverkande faktorer, bland annat avståndet mellan propellern och den del av molekylen som utgör själva ”motorn”.
Forskarnas design fungerar visar beräkningar och avancerade simuleringar i superdatorer.
– Nästa steg är att ta fram molekylära fotoväxlar som är så enkla som möjligt att syntetisera, säger Bo Durbeej.
Vetenskaplig studie:
A Proof-of-Principle Design for Through-Space Transmission of Unidirectional Rotary Motion by Molecular Photogears, Chemistry – A European Journal.
Kontakt:
Bo Durbeej, professor vid institutionen för fysik, kemi och biologi, Linköpings universitet, bo.durbeej@liu.se
Läs också: Makalöst små molekylmaskiner.
Precis som delarna i en mekanisk maskin, kan små molekyler i en nanomaskin röra sig i förhållande till varandra: agera hjul och spärrhakar eller flytta runt andra molekyler. Både i Sverige och internationellt utvecklas nu sådana maskiner.
