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分子马达突破:八形路径上的复杂运动

时间:2021-08-27 13:52:14 来源:

新型分子马达可实现八字形运动。

分子电动机将外部提供的能量转换为定向运动,因此是未来在纳米技术中应用的重要基础。1990年代末期开发了第一批此类电机,从那时起,已经建立了越来越多的不同系统。LMU化学家Henry Dube博士是该领域的专家,他的博士生Aaron Gerwien现在取得了重要突破:正如科学家在《自然通讯》杂志上报道的那样,他们已经成功开发出一种分子电动机,该电动机可以在八字形的路径上执行以前无法实现的复杂运动。

杜伯开发的所有分子马达都基于同一类分子,即所谓的半硫靛蓝染料,科学家们对其进行了化学修饰。当电动机围绕分子内的化学键以不同方式旋转时,就会发生运动。Dube说:“然而,迄今为止,所有已知的分子电动机只能线性移动或绕圈旋转。”科学家在插入所谓的julolidine基团以改善其电动机的开关性能时发现了这种新型电动机。“通过实验,我们发现结构上的变化导致了这种全新的运动,”杜贝说。“可能是因为茱洛立定是一种非常强的电子供体。”

总而言之,新电动机的八字形运动以四个步骤进行,在光驱动键合旋转和热驱动键合旋转之间交替进行。在这种情况下,加热步骤会引起所谓的呼啦扭曲旋转,这会导致结构变化,从而阻止反向运动。新电机的另一个优点是,光驱动步骤可以由绿光引起,例如,通过使用绿色LED进行辐照。绿光的能量消耗远少于紫外线或蓝光,后者用于为大多数现有的电动机供电。因此,与较高能量的光相比,绿光对电动机环境的有害影响较小,后者可能会破坏化学键。科学家们相信,他们的新电动机系统将极大地扩展分子机器的可能性,并为纳米技术开辟全新的应用领域。

参考:Aaron Gerwien,Peter Mayer和Henry Dube的“绿光驱动的分子状态马达可实现八向单向旋转”,Nature Communications。DOI:2019年10月1日。
10.1038 / s41467-019-12463-4


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