Un frânghiu molecular controlat cu lumină încetinește mișcarea aleatorie de până la 300.000 de ori
Moleculele nu sunt niciodată statice. Energie termică le pune în continuă mișcare, iar componentele lor se rotesc unele față de altele. Cercetătorii de la Institutul de Chimie Organică și Biochimie din Praga au arătat că această mișcare aleatorie poate fi suprimată dramatic. Folosind lumina, ei pot încetini rotația relativă a două părți ale aceleiași molecule cu până la cinci ordine de mărime, deschizând calea pentru mașini moleculare mai complexe.
Sistemul molecular creat de oamenii de știință cuprinde două componente-cheie: un motor molecular controlat cu lumină și un rotor care se rotește aleatoriu în jurul axei sale din cauza mișcării termice.
„Când lumina este proiectată asupra moleculei, motorul își schimbă aranjamentul spațial, ceea ce la rândul său afectează mișcarea rotorului. În starea «nefrânată», rotorul se poate roti ușor, în timp ce în starea «frânată», motorul obstrucționează fizic mișcarea și crește semnificativ bariera energetică pe care rotorul trebuie să o depășească pentru a se întoarce”, explică Lukáš Severa, primul autor al studiului publicat în Angewandte Chemie International Edition.
Principiul poate fi imaginat ca o mână montată liber pe o axă și zguduită constant de vibrații minuscule. Dacă nimic nu stă în cale, se poate roti ușor. Dar când un obstacol este plasat în calea sa, rotația încetinește dramatic. În moleculă, acest obstacol este creat de partea mobilă a motorului molecular.
O încetinire de până la 300.000 de ori
Diferența dintre cele două stări este izbitoare. „În sisteme similare anterioare, a fost posibil să se schimbe rata de rotație cu cel mult un factor de 100. Cu abordarea noastră, am obținut o încetinire de aproximativ 300.000 de ori, ceea ce reprezintă o descoperire majoră”, spune Kaleta.
Diferența dintre cele două stări devine și mai dramatică pe măsură ce temperatura scade. Dacă, la o temperatură foarte scăzută, rotorul nefrânat efectua o rotație pe secundă, în aceleași condiții rotorul frânat ar avea nevoie de aproximativ 350 de miliarde de ani pentru a finaliza o singură rotație — de aproximativ 25 de ori vârsta actuală a universului.
Capacitatea de a controla mișcarea componentelor individuale este esențială pentru construirea unor mașini moleculare mai complexe. „Dacă vrei să construiești un mecanism mai complex, un motor singur nu este suficient. Ai nevoie și de elemente care pot regla și coordona mișcarea componentelor individuale. Demonstrăm un principiu pentru a realiza acest lucru la nivel molecular”, concluzionează Kaleta.
