Новости

Самая быстрая молекулярная машина в мире

Исследователи разрабатывают самую быструю молекулярную машину в мире, используя гарпунный механизм. Это в 4000 раз быстрее, чем миозин, самый быстрый биологический моторный белок. Эти искусственные машины могут выполнять важные для жизни задачи, такие как синтез АТФ и репликация ДНК.

Одной из самых больших проблем в современной нанотехнологии является управление движением в молекулярном масштабе. Это привело к разработке механически взаимосвязанных молекулярных архитектур, которые выполняют определенные функции в ответ на внешние раздражители.

Наиболее изученным классом таких молекул является ротаксан. Он состоит из «молекулы в форме гантели», которая проходит через макроцикл (кольцо).

Поскольку концы гантели (станции) больше, чем внутренний диаметр кольца (макроцикл), оба компонента кинетически захвачены. Без учета этих двух компонентов потребуется значительное искажение ковалентных связей.

Кольца могут двигаться через провод

В большинстве исследований, касающихся ротаксанов, подчеркивается их использование в качестве искусственных молекулярных машин. Эти машины могут выполнять важные для жизни задачи, такие как синтез АТФ и репликация ДНК.

Кольцо ротаксана может перемещаться от одного конца провода к другому. Однако скользящее кольцо не имеет определенного направления: оно перемещается случайным образом по проволоке.

Структура ротаксана | Википедия

В последнее десятилетие ученым удалось разработать молекулярные двигатели на основе ротаксана. В продвинутых версиях станции ротаксанов могут быть химически изменены с помощью света, чтобы они могли притянуть кольцо к себе.

Теперь можно перемещать кольцо от одной станции к другой, мигая светом нужной длины волны в масштабе нанометров.

Молекулярные машины, однако, все еще находятся в зачаточном состоянии. С существующими методами кольцо занимает слишком много времени, чтобы путешествовать от одной станции к другой.
Например, если вы делаете конкретную станцию ​​более привлекательной (мигающим светом), кольцо сначала самопроизвольно покидает свою стартовую станцию ​​и идет по проволоке к более сильной станции привязки. Требуется значительное время, чтобы добраться до места назначения, особенно если провод длинный.

Гарпунный Механизм

Теперь исследователи из Амстердамского университета разработали молекулярную машину, в которой конечная станция выходит на ринг. В этом так называемом гарпунном механизме конечная станция с сильным притяжением деформирует проволоку, захватывает кольцо и затем перетаскивает его по проволоке в направлении пункта назначения.

Работа с «эффектом гарпуна» | Предоставлено: Институт молекулярных наук им. Ван Тофта / Максимилиан Парадиз.

Этот механизм значительно сокращает время, необходимое кольцу для перемещения с одной станции на другую. Исследователи смогли создать самый быстрый молекулярный челнок, который когда-либо видел мир.

Они индуцировали движение кольца с помощью короткого импульса ультрафиолетового света, а затем следовали за его движением (для измерения скорости молекулярного челнока) через второй импульс инфракрасного света.

Кольцо преодолевало расстояние 1 нанометра за 30 наносекунд, что эквивалентно средней скорости 3 см/с. Это в 4000 раз быстрее, чем миозин, самый быстрый биологический моторный белок, который отвечает за сокращение мышц.

Следующая сложная задача - заставить эти искусственные двигательные молекулы работать вместе, чтобы они могли имитировать сложные биологические машины и выполнять задачи, необходимые для жизни.

Источник: ACS

Читайте Новая Наука в
Back to top button