Молекулярные двигатели – это синтетические химические соединения, которые могут преобразовывать поступающую извне энергию в механическое движение. Такие молекулы, которые специально разработаны для выполнения направленных движений в ответ на конкретный стимул, являются важной предпосылкой для создания полезных наномашин.
Среди наиболее многообещающих типов молекулярных «блоков двигателя» – вещества, трехмерная конформация которых может быть изменена воздействием света. "Однако все описанные до сих пор активируемые светом молекулярные двигатели используют ультрафиолетовый свет в качестве источника энергии.
Но это сильно ограничивает их потенциальный диапазон применения, поскольку его фотоны высокой энергии могут оказывать вредное воздействие на наномашину в целом », – объясняет доктор. Генри Дьюб, который работает на химическом факультете ЛМУ.
Дубе и его коллеги нашли способ обойти это препятствие: они разработали новый класс молекулярного ротора, который может приводиться в движение видимым светом, который менее энергичен, чем УФ-излучение, и, следовательно, с меньшей вероятностью поставит под угрозу работу более сложных систем. Исследователи описывают соединение и его свойства в статье, опубликованной в Nature Communications.
В основе недавно разработанного молекулярного мотора лежит молекула гемитиоиндиго.
Hemithioindigo – это фотопереключатель, который состоит из двух органических молекул, которые связаны двойной углеродной связью. Воздействие света изменяет структуру гемитиоиндиго, заставляя его вращаться вокруг центральной двойной связи.
В отличие от двигателей, активируемых светом, описанных ранее, для вращения двигателя на основе гемитиоиндиго требуется менее энергичный видимый свет – и он вращается чрезвычайно быстро: исследователи продемонстрировали, что молекула вращается – однонаправленно – примерно 1000 раз в секунду при комнатная температура. «Мы сами были удивлены тем, что двигатель работает так хорошо, поскольку известно, что многие молекулярные двигатели не вращаются постоянно в одном направлении, но также в некоторой степени вращаются в противоположном направлении», – говорит Дубе. «Учитывая сложность конструкции таких моторных молекул, действительно удивительно, что мы получили полный контроль над направлением вращения с первой попытки."
Тот факт, что новое соединение может работать от видимого света, также означает, что оно намного более универсально, чем описанные ранее молекулярные двигатели с питанием от света. «Но нам предстоит пройти долгий путь, прежде чем молекулярные двигатели можно будет интегрировать в более сложные наномашины для выполнения функций, более сложных, чем направленное вращательное движение, которое мы сейчас продемонстрировали», – отмечает Дубе. «Долгосрочная цель в этой области – миниатюризация рабочих машин до размеров органических молекул.
Такие наномашины обеспечат беспрецедентную точность обработки или целевой модификации вещества на молекулярном уровне, открывая совершенно новые возможности во многих областях исследований », – добавляет он.