Posted in | Nanoelectronics

UC Riverside Ομάδα Κίνημα Σπουδών του Μοριακές μηχανές

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

Μοριακές μηχανές μπορούν να βρεθούν παντού στη φύση, για παράδειγμα, τη μεταφορά των πρωτεϊνών μέσα στα κύτταρα και βοηθά το μεταβολισμό.

Για την ανάπτυξη τεχνητών μοριακές μηχανές, οι επιστήμονες πρέπει να κατανοήσουν τους κανόνες που διέπουν μηχανικοί σε μοριακό ή νανομετρική κλίμακα (ένα νανόμετρο είναι ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου).

Αυτή η εικόνα δείχνει μια τετράποδων μοριακή μηχανή trotting - διαγωνίως απέναντι από τις οπλές προχωρήσουμε μαζί. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτή η μορφή του κινήματος αλλοίωσε το μοριακό είδος πάρα πολύ για να είναι βιώσιμη.

Για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, μια ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Riverside μελετηθεί μια κατηγορία μοριακές μηχανές που «πόδια» σε μια επίπεδη μεταλλική επιφάνεια. Θεώρησαν δύο δίποδα μηχανές που με τα πόδια σε δύο «πόδια» και τετράποδων αυτούς που με τα πόδια σε τέσσερα.

"Κάναμε ένα άλογο-όπως δομή με τέσσερις« νύχια »για να μελετήσει τον τρόπο με μοριακή μηχανή μπορεί να οργανώσει την κίνηση των πολλών τμημάτων», δήλωσε ο Ludwig Bartels, καθηγητής της χημείας, των οποίων εργαστήριο επικεφαλής της έρευνας. «Μερικά χρόνια πριν, ανακαλύψαμε πως μπορούμε να μεταφέρουμε τα μόρια διοξειδίου του άνθρακα κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής σε μια επιφάνεια με μια μοριακή μηχανή με δύο« πόδια »που μετακινείται κατά ένα βήμα τη φορά. Για τη νέα έρευνα, θελήσαμε να δημιουργήσει ένα είδη που μπορούν να μεταφέρουν περισσότερο φορτίο. - το οποίο σημαίνει ότι θα χρειαστεί περισσότερο τα πόδια, όμως, αν ένα είδος έχει περισσότερα από δύο πόδια, πώς θα οργανώσουν την κίνησή τους ";

Bartels και οι συνεργάτες του που εκτελούνται τα πειράματα στο εργαστήριο και βρήκαν ότι η τετράποδων μόρια χρησιμοποιήσετε ένα βηματισμό βηματοδότησης - τα δύο πόδια στη μία πλευρά του μορίου προχωρήσουμε μαζί, και στη συνέχεια δίπλα από τα δύο πόδια στην απέναντι πλευρά του μορίου. Τα είδη που δημιούργησαν μετακινούνται αξιόπιστα κατά μήκος μιας γραμμής, δεν περιστρέφεται προς την πλευρά ή προσανατολίζονταν από τη σειρά μαθημάτων. Οι ερευνητές, επίσης, προσομοίωση τροχαστικός των ειδών, στην οποία διαγωνίως απέναντι από τις οπλές προχωρήσουμε μαζί, και διαπίστωσε ότι αυτή η μορφή του κινήματος αλλοίωσε το είδος πάρα πολύ για να είναι βιώσιμη.

Αφού διαπιστώθηκε πως κινείται ο μόριο, οι ερευνητές στο επόμενο στάδιο ένα θεμελιώδες ερώτημα για το μοριακό μηχανισμό: Μήπως ένα μόριο - ή τμήματά της - απλά σήραγγα μέσα από τα εμπόδια που παρουσιάζονται από την τραχύτητα που συναντά στο δρόμο του;

"Αν συνέβαινε αυτό, αυτό θα ήταν μια ριζική απομάκρυνση από την μηχανική στον μακροσκοπικό κόσμο και θα ήταν πολύ επισπευσθούν οι διαδικασίες», δήλωσε ο Bartels. "Θα ήταν σαν την οδήγηση σε ανώμαλο δρόμο με τις ρόδες του αυτοκινήτου σας να περάσει από τα χτυπήματα και όχι από πάνω τους. Κβαντική μηχανική-είναι γνωστό ότι επιτρέπει τέτοιου είδους συμπεριφορά για πολύ ελαφρά σωματίδια, όπως ηλεκτρόνια και τα άτομα του υδρογόνου, αλλά θα ήταν και συναφείς για τα μεγάλα μόρια; "

Bartels και οι συνεργάτες του ποικίλο η θερμοκρασία στα πειράματά τους, να παρέχει τις μοριακές μηχανές με διαφορετικά επίπεδα ενέργειας, και μελέτησε το πώς η ταχύτητα των μηχανών μεγάλη ποικιλία με συνέπεια. Βρήκαν ότι μια μηχανή με δύο πόδια μπορούν να χρησιμοποιήσουν διοχέτευση για την zip μέσα από το στηθαίο ασφαλείας επιφάνεια. Όμως, μια μηχανή με τέσσερις (ή ενδεχομένως περισσότερα) με τα πόδια δεν είναι σε θέση να απασχολήσει διάνοιξης σηράγγων? Ενώ μια τέτοια μηχανή μπορεί να συντονίσει την κυκλοφορία των οπλών της βηματοδότησης, δεν μπορεί να συντονίσει tunneling τους, διαπίστωσαν οι ερευνητές.

"Έτσι, ακόμη και στο πιο μικροσκοπικό επίπεδο, εάν θέλετε να μεταφέρουν γρήγορα το φορτίο, θα πρέπει να έχετε ένα ελαφρύ και ευκίνητο δίποδα όχημα", δήλωσε ο Bartels. "Τα μεγαλύτερα οχήματα μπορούν να είναι σε θέση να μεταφέρουν περισσότερο φορτίο, αλλά επειδή δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν tunneling αποτελεσματικά, καταλήγουν να χρειάζεται να κινούνται αργά. Είναι αυτή η αποθάρρυνση; Όχι πραγματικά, επειδή μοριακή μηχανή ως έννοια είναι ακόμα στα σπάργανα. Πράγματι, υπάρχει ένα πλεονέκτημα για να έχει ένα μόριο που κινούνται αργά, διότι μας επιτρέπει να παρατηρούμε τις κινήσεις του πιο προσεκτικά και να μάθουν πώς να τα ελέγχουν. "

Τα αποτελέσματα της μελέτης εμφανίστηκε σε απευθείας σύνδεση την περασμένη εβδομάδα στο περιοδικό της Αμερικανικής Χημικής Εταιρείας, και θα εμφανιστούν σε έντυπη μορφή σε ένα επερχόμενο τεύχος του περιοδικού.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές σχεδιάζουν να αναπτύξουν μοριακές μηχανές των οποίων η κίνηση μπορεί να ελεγχθεί από το φως.

Επί του παρόντος, οι μοριακές μηχανές μελετώνται έντονα για τις λειτουργίες τους στη βιολογία και για τη θεραπευτική αξία τους. Για παράδειγμα, οι ασθενείς με γαστροοισοφαγική παλινδρόμηση (Γαστροοισοφαγική παλινδρόμηση) που προβλέπονται αναστολείς της αντλίας πρωτονίων, οι οποίες επιβραδύνουν την άντληση δράση των βιολογικών μοριακές μηχανές, μειώνοντας έτσι τα επίπεδα οξέων στο στομάχι.

"Σε γενικές γραμμές, η εικόνα των επιστημόνων της εργασίας αυτών των βιολογικών μοριακές μηχανές εντελώς αγνοεί διάνοιξης σηράγγων", δήλωσε ο Bartels. «Η μελέτη μας διορθώνει αυτή την αντίληψη, η οποία μπορεί, με τη σειρά του, να οδηγήσει σε νέους τρόπους για τον έλεγχο ή τη διόρθωση της συμπεριφοράς των βιολογικών μοριακές μηχανές."

Last Update: 6. October 2011 14:25

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