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Posted in | Nanoelectronics

UC Riverside équipe Etudes Mouvement de machines moléculaires

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

Les machines moléculaires peuvent être trouvés partout dans la nature, par exemple, le transport de protéines à travers les cellules et aide le métabolisme.

Pour développer des machines moléculaires artificielles, les scientifiques ont besoin de comprendre les règles qui régissent la mécanique à l'échelle moléculaire ou nanométrique (un nanomètre est un milliardième de mètre).

Cette image montre une machine moléculaire quadrupède Trot - sabots diagonalement opposés se déplacent ensemble. Les chercheurs ont constaté que cette forme de mouvement faussé les espèces moléculaires beaucoup trop pour être viable.

Pour relever ce défi, une équipe de recherche à l'Université de Californie, Riverside a étudié une classe de machines moléculaires qui «marche» à travers une surface plate en métal. Ils ont considéré les deux machines bipèdes qui marchent sur deux «jambes» et les quadrupèdes qui marchent sur quatre.

«Nous avons fait une structure comme le cheval avec quatre« pattes »pour étudier comment les machines moléculaires peuvent organiser le mouvement de plusieurs parties", a déclaré Bartels Ludwig, un professeur de chimie, dont le laboratoire a mené la recherche. "Un couple d'années, nous avons découvert comment nous pouvons transporter des molécules de dioxyde de carbone le long d'une ligne droite à travers une surface en utilisant une machine moléculaire avec deux« pieds »qui a franchi une étape à la fois. Pour les nouvelles recherches, nous avons voulu créer une espèces qui peuvent transporter plus de marchandises -. ce qui signifie qu'il aurait besoin de plus les jambes Mais si une espèce est plus de deux jambes, comment peut-elle organiser leur mouvement »?

Bartels et ses collègues ont effectué des expériences en laboratoire et ont constaté que les molécules quadrupède utiliser une démarche stimulation - les deux jambes d'un côté de la molécule se déplacent ensemble, suivis par les deux jambes sur le côté opposé de la molécule. Les espèces, ils ont créé déplacé de manière fiable le long d'une ligne, pas de rotation sur le côté ou en sortir. Les chercheurs ont également simulé une. Trotter de l'espèce, dans laquelle les sabots diagonalement opposés se déplacent ensemble, et ont constaté que cette forme de mouvement faussé les espèces beaucoup trop pour être viable

Ayant établi comment la molécule se déplace, les chercheurs ont ensuite abordé une question fondamentale sur la machinerie moléculaire: Est-ce une molécule - ou des portions de celui-ci - tout simplement un tunnel à travers les barrières présentées par la rugosité qu'il rencontre sur son chemin?

"Si c'était le cas, ce serait une rupture fondamentale de la mécanique dans le monde macroscopique et permettrait d'accélérer considérablement le mouvement", a déclaré Bartels. «Ce serait comme conduire sur une route cahoteuse avec les roues de votre voiture en passant par les bosses plutôt que sur eux. Mécanique quantique est connu pour permettre un tel comportement pour les particules très légères, comme les électrons et les atomes d'hydrogène, mais serait-il aussi être pertinent pour les grosses molécules? "

Bartels et ses collègues ont fait varier la température dans leurs expériences pour fournir les machines moléculaires avec différents niveaux d'énergie, et a étudié comment la vitesse des machines variées comme une conséquence. Ils ont constaté que d'une machine avec deux jambes peut utiliser un tunnel à travers l'ondulation zip surface. Mais une machine avec quatre (ou potentiellement plus) les jambes n'est pas en mesure d'employer tunnel; si une telle machine peut coordonner le mouvement de ses sabots dans la stimulation, il ne peut pas coordonner leurs tunnel, les chercheurs ont trouvé.

»Ainsi, même à la plus petite échelle, si vous voulez un transport rapide de fret, dont vous avez besoin d'un véhicule léger et agile bipèdes», a déclaré Bartels. «Agrandir les véhicules peuvent être en mesure de transporter plus de marchandises, mais parce qu'ils ne peuvent pas utiliser un tunnel de manière efficace, ils finissent par avoir à se déplacer lentement. Est-ce décourageant? Pas vraiment, car les machines moléculaires comme un concept en est encore à ses balbutiements. En effet, il ya un avantage à avoir une molécule se déplacent lentement, car il nous permet d'observer ses mouvements de plus près et d'apprendre à les contrôler. "

Résultats de l'étude mise en ligne la semaine dernière dans le Journal of the American Chemical Society, et sera imprimé dans un prochain numéro de la revue.

Ensuite, les chercheurs envisagent de développer des machines moléculaires dont le mouvement peut être contrôlé par la lumière.

Actuellement, les machines moléculaires sont étudiées intensément pour leurs fonctions en biologie et pour leur valeur thérapeutique. Par exemple, les patients souffrant de RGO (reflux gastro-œsophagien) sont prescrits des inhibiteurs de la pompe à protons, qui ralentissent l'action de pompage biologique machines moléculaires, réduisant ainsi les niveaux d'acide gastrique.

«Généralement, l'image des scientifiques sur le fonctionnement de ces machines moléculaires biologiques complètement abstraction de tunnel", a déclaré Bartels. «Notre étude corrige cette perception, qui peut, à son tour, conduire à de nouvelles façons de contrôler ou de corriger le comportement des machines moléculaires biologiques."

Machines moléculaires artificielles sont d'intérêt pour l'industrie microélectronique dans sa quête de plus en plus petits éléments actifs dans les ordinateurs et pour le stockage de données. Artificielle des machines moléculaires potentiellement peut également fonctionner à l'intérieur des cellules, comme leurs homologues biologiques, plus grand bénéfice de la médecine.

Laboratoire de Bartels a utilisé des molécules suivantes dans l'étude: anthraquinone et pentaquinone (deux bipèdes) et pentacenetetrone et diméthyl pentacenetetrone (deux quadrupèdes).

Source: http://www.ucr.edu/

Last Update: 3. October 2011 06:26

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