Новости химической науки > Молекулярные моторы нацелены на перемещение воды

Капли воды, форма которых таинственным образом изменяется, когда поверхность под ними находится под воздействием света, могли бы стать химическими нанотехнологическими сосудами.

Бен Феринга (Ben Feringa) с коллегами из Гронингенского университета в Нидерландах смог управлять этими трудноуловимыми, но в то же время многообещающими изменениями с помощью синтетических молекулярных моторов, активированных светом. Исследователи смогли вращать гидрофобные заместители вокруг осей молекулярных моторов, и Феринга заявляет, что следующим этапом будет перемещение капель воды. Феринга обращает внимание химиков на то, что появится возможность по команде управлять перемещением и слиянием капель, наполненных реагентом.

Когда молекулярный мотор переходит из цис-формы в транс-форму, гидрофобное состояние поверхности меняется. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2014, DOI: 10.1021/ja412110t)

Исследовательская группа Феринги разработала переключающиеся светом молекулярные моторы, состоящие из двух объемных хиральных групп, связанных «осью», содержащей двойную углерод-углеродную связь. Свет под действием света происходит движение групп вокруг оси, что способствует переходу между цис- и транс-формами. Благодаря хиральности объемных групп после смены положения объемные группы поначалу сталкиваются, прежде чем нагрев поспособствует их переходу в более устойчивую конфигурацию. Этот второй стабилизирующий этап представляет собой возвратно-вращательное движение, которое означает, что моторы вращаются только в одном направлении.

С самого начала Феринга предположил, что материалы, покрытые большим количеством таких молекул, смогут перемещать полезную нагрузку в нужном направлении. Однако электронные взаимодействия с поверхностями, на которых расположены молекулярные моторы, усложняют им возможность для перемещения. Раннее разработанные двуногие опорные модификации молекулярных машин еще и приводили к тому, что они собирались вместе, причем настолько близко друг к другу, что их столкновение друг с другом напоминало не столько молекулярное движение, сколько молекулярное балаганное действо.

В настоящее время исследователи из Гронингенского университета снабдили свои моторы более длинными и жесткими треножными опорами, которые позволяют молекулярным ходящим устройствам держаться подальше друг от друга и устраняют проблему с электронным «поверхностным экранированием». С другого конца оси исследователи поместили фторсодержащую супергидрофобную группу. В зависимости от состояния мотора при нанесении на золотую пленку эта гидрофобная группа может либо развернуться по направлению к внешней среде, либо удалиться от нее.

Чтобы протестировать свои пленки, исследователи отслеживала форму водяных капель, в то время когда ультрафиолет солнечного света падал на них на протяжении 2 часов. Контактный угол – где капля встречается с пленкой – который свидетельствует о притяжении между жидкостью и твердой поверхностью, составлял 60° когда гидрофобная группа пряталась. Когда ученые переключали мотор, угол вырастал до 82°. Феринга говорит, что, помимо использования капель в качестве сосудов для проведения в них химических экспериментов, переход к перемещению воды мог бы также быть полезным для биомолекулярных сенсоров.

Рафал Кляйн (Rafal Klajn) из института Вейцмана, Израиль, работающий над созданием молекулярных моторов, считает, что новые молекулы исследовательской группы из Гронингенского университета являются прекрасным примером молекулярного дизайна. Кляйн добавляет, что интересно будет посмотреть насколько хорошо эти новые функциональные поверхности играют роль движителей на примере движения жидкости, происходящей под воздействием света.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2014, DOI: 10.1021/ja412110t

метки статьи: #молекулярная электроника, #молекулярные устройства, #супрамолекулярная химия, #химия полимеров