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Posted in | Nanoelectronics

UC-Flussufer-Team Studiert Bewegung von Molekularen Maschinen

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

Molekulare Maschinen können in der Natur überall gefunden werden zum Beispiel transportierende Proteine durch Zellen und Helfenmetabolismus.

Um künstliche molekulare Maschinen zu entwickeln, müssen Wissenschaftler die Regeln die Mechaniker am molekularen oder regeln nmschuppe verstehen (ein nm ist Billionste eines Meters).

Dieses Bild zeigt ein quadrupedal molekulares Maschinentrotten -- diagonal gegenüber von Hufen rücken Sie zusammen. Die Forscher fanden, dass dieses Formular der Bewegung die molekularen Spezies weit zu viel verzerrte, um lebensfähig zu sein.

Um diese Herausforderung, studierte ein Forschungsteam an University of California anzusprechen, Flussufer eine Klasse molekulare Maschinen die über eine flache Metalloberfläche „gehen Sie“. Sie betrachteten bipedal Maschinen, die auf zwei „Fahrwerkbeine“ gehen und quadrupedal, die auf vier gehen.

„Wir ließen eine Pferd ähnliche Zelle mit vier „Hufen“ studieren, wie molekulare Maschinerie den Antrag von mehrfachen Teilen organisieren kann,“ sagten Ludwig Bartels, ein Professor von Chemie, deren Labor die Forschung führte. „Vor zwei Jahren, entdeckten wir, wie wir Kohlendioxydmoleküle nach einer Gerade über einer Oberfläche unter Verwendung einer molekularen Maschine transportieren können mit zwei „Fuß“ der sich schrittweise bewegte. Für die neue Forschung wollten wir Spezies erstellen, die mehr Fracht tragen können - die Mittelwerte es mehr Fahrwerkbeine benötigen würden. Aber, wenn Spezies mehr als zwei Fahrwerkbeine haben, wie es organisiert ihren Antrag?“

Bartels und Kollegen führten Experimente im Labor durch und fanden, dass die quadrupedal Moleküle eine blinkende Gangart - beide Fahrwerkbeine auf einer Seite der Molekülbewegung zusammen verwenden, als Nächstes gefolgt von den zwei Fahrwerkbeinen auf der gegenüberliegenden Seite des Moleküls. Die Spezies, die sie zuverlässig bewegt nach einem Grundsatz erstellten, rotierend nicht zur Seite oder drehen sich weg vom Kurs. Die Forscher simulierten auch ein Trotten der Spezies, in denen diagonal gegenüber von Hufen zusammenrücken Sie, und fanden, dass dieses Formular der Bewegung die Spezies weit zu viel verzerrte, um lebensfähig zu sein.

, festlegend, wie das Molekül sich bewegt, sprachen die Forscher als Nächstes eine grundlegende Frage über molekulare Maschinerie an: Tut ein Molekül - oder Teile von ihm - einfach Tunnel durch die Sperren, die durch die Rauheit dargestellt werden, die er entlang seinem Pfad antrifft?

„Wenn er tat, würde dieses ein grundlegender Abflug von den Mechanikern in der makroskopischen Welt sein und würde groß Bewegung beschleunigen,“ sagte Bartels. „Er würde wie das Treiben auf eine holperige Straße mit den Rädern Ihres Autos sein, das die Stöße eher als über ihnen durchläuft. Quantenmechanik bekannt, um solches Verhalten für sehr helle Partikel wie Elektronen und Wasserstoffatome zu erlauben, aber würde es sein auch relevant für große Moleküle?“

Bartels und Kollegen unterschieden sich die Temperatur in ihren Experimenten, um die molekularen Maschinen mit verschiedenen Niveaus von Energie zu versehen und studierten, wie die Drehzahl der Maschinen sich als Folge unterschied. Sie fanden, dass eine Maschine mit zwei Fahrwerkbeinen den Tunnelbau verwenden kann, zum durch die Oberflächenfurchung zip. Aber eine Maschine mit vier (oder möglicherweise mehr) Fahrwerkbeinen ist nicht in der Lage, den Tunnelbau einzusetzen; während solch eine Maschine die Bewegung seiner Hufe beim Blinken koordinieren kann, kann sie die gefundenen Forscher nicht koordinieren ihren Tunnelbau.

„Folglich, sogar an der kleinsten Schuppe, wenn Sie Fracht schnell transportieren möchten, benötigen Sie eine Leuchte und flinkes bipedal Fahrzeug,“ sagte Bartels. „Größere Fahrzeuge sind in der Lage, mehr Fracht zu tragen, aber, weil sie effektiv einen Tunnel anlegen nicht verwenden können, beenden sie langsam sich bewegen oben müssen. Ist dieses Entmutigen? Nicht wirklich, weil molekulare Maschinerie als Konzept noch in seiner Kindheit ist. Tatsächlich gibt es einen Vorteil zum Haben einer Molekülbewegung langsam, weil sie uns erlaubt, seine Bewegungen genauer zu beobachten und zu lernen, wie man steuert sie.“

Studieren Sie Ergebnisse aussah Online letzte Woche im Zapfen der Amerikanische Chemikalien-Gesellschaft und wird erscheinen im Druck in einem bevorstehenden Punkt des Zapfens.

Als Nächstes planen die Forscher, molekulare Maschinen zu entwickeln, deren Antrag durch Leuchte gesteuert werden kann.

Aktuell werden molekulare Maschinen intensiv für ihre Funktionen in der Biologie und für ihren therapeutischen Wert studiert. Zum Beispiel Patienten mit GERD (Krankheit des Gastroesophageal Rückflusses) sind die vorgeschriebenen Protonpumpenhibitoren, die die Pumpwirkung von biologischen molekularen Maschinen verlangsamen und so verringern Magensäurestände.

„Im Allgemeinen, missachtet die Abbildung der Wissenschaftler des Arbeitens solcher biologischen molekularen Maschinerie vollständig den Tunnelbau,“ sagte Bartels. „Unsere Studie korrigiert diese Vorstellung, das kann, zu neue Methoden der Steuerung oder der Korrektur des Verhaltens der biologischen molekularen Maschinen der Reihe nach zu führen.“

Künstliche molekulare Maschinen sind von den Zinsen zur Mikroelektronischen Industrie an seiner Suche nach den kleineren und kleineren aktiven Elementen in den Computern und nach Datenspeicher. Künstliche molekulare Maschinen können innere Zellen wie ihre biologischen Kollegen möglicherweise auch laufen lassen und Medizin groß fördern.

Bartelss Labor verwendete die folgenden Moleküle in der Studie: Anthrachinon und pentaquinone (beide bipedal); und pentacenetetrone und Dimethyl pentacenetetrone (beide quadrupedal).

Quelle: http://www.ucr.edu/

Last Update: 12. January 2012 20:05

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