Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
Posted in | Nanoelectronics

UC Riverside Team Studier Flytning af molekylære maskiner

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

Molekylære maskiner kan findes overalt i naturen, for eksempel transport af proteiner gennem celler og hjælpe stofskifte.

At udvikle kunstige molekylære maskiner, forskerne nødt til at forstå de regler, der styrer mekanik på det molekylære eller nanometer skala (en nanometer er en milliardtedel af en meter).

Dette billede viser en quadrupedal molekylær maskine trav - diagonalt modsatte hove flytte sammen. Forskerne fandt, at denne form for bevægelse fordrejede molekylernes alt for meget at være levedygtige.

For at løse denne udfordring, et forskerhold ved University of California, Riverside studeret en klasse af molekylære maskiner, der "går" på tværs af en flad metal overflade. De mente begge bipedal maskiner, gå på to 'ben', og quadrupedal dem, der går på fire.

"Vi lavede en hest-lignende struktur med fire" klove "at undersøge, hvordan molekylære maskiner kan organisere bevægelsen af ​​flere dele," sagde Ludwig Bartels, en professor i kemi, hvis lab ledede forskningen. "For et par år siden, opdagede vi, hvordan vi kan transportere kuldioxid molekyler langs en lige linje på tværs af en overflade ved hjælp af en molekylær maskine med to 'ben', der bevægede sig et skridt ad gangen. For de nye forskningsresultater, ønskede vi at skabe en arter, der kan bære mere last. - hvilket betyder, at det vil være nødvendigt flere ben Men hvis en art har mere end to ben, hvordan vil den organiserer deres bevægelse "?

Bartels og kolleger udførte eksperimenter i laboratoriet og fandt, at quadrupedal molekyler bruge en pacing gangart - begge ben på den ene side af molekylet flytte sammen, efterfulgt næste af de to ben på den modsatte side af molekylet. De arter, der skabte de flyttede pålideligt langs en linje, ikke dreje til siden eller kovending ud af kurs. Forskerne også simuleret en traver af de arter, hvor diagonalt modsatte hove flytte sammen, og fandt, at denne form for bevægelse fordrejede arter alt for meget at være levedygtige.

Efter at have konstateret, hvordan molekylet bevæger sig, forskerne næste rettet et grundlæggende spørgsmål om molekylære maskineri: Er en molekyle - eller dele af det - simpelthen tunnel gennem barrierer forelagt af ruhed det støder på langs dens vej?

"Hvis det gjorde, ville dette være en grundlæggende afvigelse fra mekanik i den makroskopiske verden, og ville i høj grad fremskynde bevægelsen," Bartels sagt. "Det ville være som at køre på en ujævn vej med hjulene på din bil gå gennem bump i stedet for over dem. Quantum-mekanik er kendt for at tillade en sådan adfærd for meget lette partikler som elektroner og brint-atomer, men ville det også være relevant for store molekyler? "

Bartels og kolleger varierede temperaturen i deres eksperimenter at give den molekylære maskiner med forskellige niveauer af energi, og undersøgt, hvordan hastigheden af ​​maskiner varierede som en konsekvens. De fandt, at en maskine med to ben kan bruge tunneling at suse gennem overfladen Corrugation. Men en maskine med fire (eller potentielt mere) ben er ikke i stand til at ansætte tunnel, mens en sådan maskine kan koordinere bevægelsen af ​​sine hove i pacing, kan det ikke koordinere deres tunnelering, fandt forskerne.

"Således, selv ved den mindste skala, hvis du ønsker at transportere gods hurtigt, du har brug for en let og adræt bipedal køretøj," Bartels sagt. "Større køretøjer kan være i stand til at transportere mere gods, men fordi de ikke kan bruge tunnelering effektivt, de ender med at bevæge sig langsomt. Er det nedslående? Egentlig ikke, fordi molekylære maskineri som begreb er stadig i sin vorden. Der er faktisk en fordel at have et molekyle bevæger sig langsomt, fordi det giver os mulighed for at observere dets bevægelser tættere sammen og lære at kontrollere dem. "

Undersøgelsens resultater viste online i sidste uge i Journal of American Chemical Society, og vil blive vist på tryk i en kommende udgave af tidsskriftet.

Næste, forskerne planlægger at udvikle molekylære maskiner, hvis bevægelse kan styres af lys.

I øjeblikket er molekylære maskiner blive undersøgt intenst for deres funktioner i biologi og for deres terapeutisk værdi. For eksempel er patienter med GERD (gastroøsofageal refluks sygdom) ordineret syrepumpehæmmere, der hæmmer pumpefunktion af biologiske molekylære maskiner, hvilket reducerer mavesyre niveauer.

"Generelt forskernes billede af, hvordan sådanne biologiske molekylære maskineri helt ignorerer tunnelering," Bartels sagt. "Vores undersøgelse korrigerer denne opfattelse, hvilket kan igen føre til nye måder at kontrollere og korrigere adfærd biologiske molekylære maskiner."

Kunstig molekylære maskiner er af interesse for mikroelektronik industrien i sin søgen efter mindre og mindre aktive elementer i computere og til datalagring. Kunstig molekylære maskiner potentielt kan også operere i celler ligesom deres biologiske kolleger, til stor gavn for medicin.

Bartels laboratorium anvendt følgende molekyler i undersøgelsen: anthraquinon og pentaquinone (begge tobenet), og pentacenetetrone og dimethyl pentacenetetrone (begge quadrupedal).

Kilde: http://www.ucr.edu/

Last Update: 3. October 2011 06:26

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit