Posted in | Nanoelectronics

UC Riverside Team Studies Movement of Molecular Machines

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

Molecular koneita löytyy kaikkialla luonnossa, esimerkiksi kuljettaa proteiinit kautta soluihin ja auttaminen aineenvaihduntaa.

Kehittää keinotekoinen molekyyli koneita, tutkijat on ymmärrettävä säännöt, jotka ohjaavat mekaniikka molekyylitasolla tai nanometrin mittakaavassa (nanometri on metrin miljardisosa).

Tässä kuvassa on neljällä jalalla molekyyli koneen ravi - vinottain kaviot liikkua yhdessä. Tutkijat havaitsivat, että tämäntyyppisen liikkeen vääristynyt molekyylilajin aivan liian paljon elinkelpoisia.

Tähän haasteeseen, tutkijaryhmä Kalifornian yliopiston Riverside tutkittu luokka molekyylitason koneita, kävelymatkan "poikki tasaiselle metallipinnalle. He pitivät molemmat bipedal koneita, jotka kulkevat kahdella "jalat" ja neljällä jalalla ne, jotka kävelevät neljä.

"Teimme hevosen kaltainen rakenne, jossa on neljä" sorkkia "tutkia, miten molekyyli koneita voi järjestää liike useisiin osiin", sanoi Ludwig Bartels, kemian professori, jonka lab johti tutkimusta. "Pari vuotta sitten huomasimme, kuinka voimme liikenteen hiilidioksidipäästöjä molekyylit pitkin suora viiva pinnalle molekyyli kone jossa on kaksi" jalkaa ", joka siirtyy yhden askeleen kerrallaan. Saat uuden tutkimuksen, halusimme luoda lajeja, jotka voivat kuljettaa enemmän rahtia - mikä tarkoittaa kaivataan lisää jalkoja. Mutta jos laji on enemmän kuin kaksi jalkaa, miten se järjestää niiden puolesta? "

Bartels ja kollegat tehdään kokeiluja laboratoriossa ja havaitsi, että neljällä jalalla molekyylit käyttää vauhdista kävely - molemmat jalat toisella puolella molekyyli liikkuvat yhdessä, jonka jälkeen seuraavaksi kahden jalat vastakkaiselle puolelle molekyylin. Lajeja he loivat muutti luotettavasti linjaa pitkin, ei pyöri sivuun tai viilutus sivuraiteelle. Tutkijat myös simuloitu ravi lajin, jossa vinosti vastapäätä sorkat liikkua yhdessä, ja havaitsi, että tämäntyyppisen liikkeen vääristynyt lajin aivan liian paljon elinkelpoisia.

Todettuaan, miten molekyyli liikkuu, tutkijat seuraava osoitettu perustavanlaatuinen kysymys molekyylitason koneita: Onko molekyyli - tai osia siitä - yksinkertaisesti tunnelin läpi esteiden esittämä karheus se kohtaa polun varrella?

"Jos se, tämä olisi perusoikeuksia lähtöä mekaniikka makroskooppinen maailma ja suuresti nopeuttaa liikettä," Bartels sanoi. "Se olisi kuin ajaisi kuoppaisella tiellä pyörien auton läpi kuoppia eikä niiden yli. Kvantti-mekaniikka on tiedossa, jotta tällainen toiminta on erittäin kevyt hiukkasia kuten elektronit ja vetyatomit, mutta olisiko myös merkityksellisiä Isojen molekyylien? "

Bartels ja työtovereiden vaihdellut lämpötilan niiden kokeiluja tarjota molekyylitason koneita eri energiaa, ja tutkinut, miten nopeutta koneiden vaihteli seurauksena. He havaitsivat, että koneen kahdella jalalla voi käyttää tunnelointia zip pinnan läpi poimun. Mutta kone neljällä (tai mahdollisesti enemmän) jalat ei pysty palkkaamaan tunnelointi, kun tällainen kone voi koordinoida liikkeen sen kaviot on vauhdista, se voi koordinoida tunnelointi, tutkijat löysivät.

"Niinpä, jopa pienimmätkin mittakaavassa, jos haluat kuljettaa rahtia nopeasti, tarvitset valoa ja ketterä bipedal ajoneuvo", Bartels sanoi. "Suuremmat ajoneuvot ehkä kuljettamaan enemmän rahtia, mutta koska he eivät voi käyttää tunnelointi tehokkaasti, ne loppuun asti ottaa liikkua hitaasti. Onko tämä lannistaa? Ei oikeastaan, koska molekyyli koneita on käsitteenä vielä lapsenkengissä. Itse asiassa ei etu, joiden molekyyli liikkuvat hitaasti, koska se antaa meille mahdollisuuden tarkkailla sen liikkeitä tarkemmin ja oppia hallitsemaan niitä. "

Tutkimustulokset ilmestyi verkossa viime viikolla lehdessä American Chemical Society, ja ilmestyy painettuna tuleva kysymys lehden.

Seuraavaksi tutkijat aikovat kehittää molekyylitason koneita, joiden liikettä voidaan ohjata valoa.

Tällä hetkellä molekyyli koneita tutkitaan intensiivisesti niiden toimintojen biologian ja niiden terapeuttista arvoa. Esimerkiksi potilaat Gerd (Refluksitauti) määrätään protonipumpun estäjät, jotka jarruttavat pumppaus toimintaa biologisten molekyylien koneita, mikä vähentää mahahapon tasoilla.

"Yleensä tiedemiesten kuva työskentely sellaisten biologisten molekyylien koneiden kokonaan sivuutetaan tunnelointi", Bartels sanoi. "Tutkimuksemme korjataan tämä käsitys, joka voi puolestaan ​​johtaa uusia tapoja hallita tai korjata käyttäytymisen biologisten molekyylien koneita."

Keinotekoinen molekyyli koneet kiinnostavat mikroelektroniikan teollisuuden etsiessään yhä pienemmille aktiivisia elementtejä tietokoneissa ja tietojen tallennukseen. Keinotekoinen molekyylitason koneita mahdollisesti voi toimia myös solujen sisällä kuin niiden biologinen kollegansa, suuresti hyötyä lääketieteessä.

Bartels Lab käyttää seuraavia molekyylien tutkimus: antrakinoni ja pentaquinone (molemmat bipedal) ja pentacenetetrone ja dimetyyli pentacenetetrone (molemmat neljällä jalalla).

Lähde: http://www.ucr.edu/

Last Update: 7. October 2011 21:20

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