Ученые из университета Людвига Максимилианса в Мюнхене создали молекулярные двигатели нового класса, способные постоянно вращаться в одном направлении с частотой до 1 килогерца на свету при комнатной температуре.

Это уникальное сочетание особенностей открывает двери новым возможностям в наноинжиниринге.

Молекулярные моторчики — это искусственные химические вещества, способные преобразовывать внешнюю энергию в механическую. Молекулы такого рода являются важным условием для создания полезных наномашин.

Среди наиболее многообещающих типов молекулярных моторчиков — вещества, трехмерная структура которых способна меняться под воздействием света.

  «Все активируемые на свету молекулярные моторчики, известные сегодня, используют в качестве источника энергии ультрафиолет. Это существенно ограничивает спектр потенциального применения, поскольку высокоэнергетические фотоны ультрафиолета могут негативно влиять на нанодвигатели в целом», пояснил доктор Генри Даб.

И вот теперь Даб с коллегами нашли, как обойти это препятствие. Они разработали молекулярный моторчик нового класса, который запускается видимым светом, менее энергетическим, чем ультрафиолет, и потому менее опасным для сложных систем.

Вещество и его действие ученые описали в издании Nature Communications.

Механизм прост и эффективен

В основе нового моторчика лежит молекула хемитиоиндиго – фотовыключатель, состоящий из двух органических молекул, которые связаны двойной углеродной связью. Под воздействием света структура хемитиоиндиго движется вокруг двойной центральной связи.

В отличие от активируемых на свету моторчиков, описанных ранее, для вращения двигателей на основе хемитиоиндиго требуется менее энергетический видимый свет. И вращаться такой моторчик будет очень быстро: ученые показали, что в секунду такая молекула вращается до 1000 раз в одном направлении при комнатной температуре.

  «Это весьма удивило нас, поскольку известно, что многие молекулярные моторчики не способны стабильно вращаться в одном направлении», сообщил Даб. „Учитывая сложность структуры подобных молекул удивительно, что мы получили полный контроль над направлением вращения с первой попытки“.

Тот факт, что новинка приводится в действие видимым светом, означает, что она намного более универсальна, чем ранее описанные активируемые на свету молекулярные двигатели.

  «До внедрения нанодвигателей в сложные наномашины предстоит сделать еще очень многое», заключил Даб. „Долгосрочная цель в данной сфере — миниатюризация работающих машин до размера органических молекул. Такие наномашины обеспечили бы беспрецедентную точность обработки или целевой модификации вещества в молекулярном масштабе. Это откроет массу новых возможностей в различных областях исследования“.