Międzynarodowy zespół naukowców z udziałem badacza z Uniwersytetu Warszawskiego opracował nową strategię projektowania motorów molekularnych napędzanych światłem, które cechują się wysoką wydajnością i mogą działać nawet pod wpływem światła słonecznego. Wyniki badań ukazały się na łamach „Journal of the American Chemical Society”.
Motory molekularne to jedne z najbardziej zaawansowanych przykładów maszyn molekularnych – cząsteczek zdolnych do wykonywania kontrolowanego ruchu pod wpływem bodźców zewnętrznych. Szczególne znaczenie mają układy napędzane światłem, ponieważ umożliwiają zdalne, precyzyjne i nieinwazyjne sterowanie ruchem na poziomie pojedynczych cząsteczek. Takie systemy są intensywnie badane jako elementy przyszłych materiałów adaptacyjnych, nanotechnologii oraz dynamicznych układów molekularnych.
Nowa strategia projektowania motorów molekularnych pozwala tworzyć układy o wysokiej wydajności i precyzyjnie dostosowanych właściwościach, zdolne do efektywnego działania pod wpływem światła słonecznego. Osiągnięcie, którego autorami są naukowcy z Chin, Szwecji, Holandii i Polski, stanowi ważny krok w rozwoju maszyn molekularnych, które w przyszłości mogą znaleźć zastosowanie m.in. w inteligentnych materiałach i nanotechnologii.
Strategia inżynierii molekularnej
Badacze przedstawili strategię inżynierii molekularnej pozwalającą otrzymać bibliotekę motorów molekularnych pierwszej generacji o wysokiej wydajności kwantowej fotoizomeryzacji i zróżnicowanej funkcjonalności. Kluczowym założeniem było wykorzystanie reakcji chemicznych umożliwiających modyfikację klasycznego szkieletu motoru molekularnego na późnym etapie syntezy, co pozwoliło na systematyczne zbadanie, w jaki sposób subtelne zmiany strukturalne wpływają na właściwości fotochemiczne, możliwości funkcjonalizacji oraz szybkość rotacji tych układów.
Badania wykazały, że odpowiednio dobrane grupy funkcyjne pozwalają precyzyjnie regulować działanie motorów molekularnych. Szczególnie istotnym wynikiem było wskazanie para-formylacji jako skutecznej zasady projektowej prowadzącej do znacznego zwiększenia fotoefektywności tych układów. Otrzymane motory wykazują bardzo wysoką czułość na światło słoneczne zarówno w roztworze, jak i po wprowadzeniu do matrycy polimerowej – wyjaśnia dr inż. Wojciech Danowski z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, współautor strategii.
Wyniki otwierają nowe możliwości projektowania wysokowydajnych motorów molekularnych o zadanych funkcjach, które mogą znaleźć zastosowanie w nowoczesnych materiałach reagujących na światło. Praca poszerza syntetyczny „zestaw narzędzi” chemii maszyn molekularnych i wskazuje praktyczne kierunki dalszego projektowania układów zdolnych do efektywnego działania pod wpływem naturalnego oświetlenia.
Nową strategię opisano na łamach „Journal of the American Chemical Society”.
MK, źródło: UW
