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Posted in | Nanoelectronics

UC Riverside Squadra Movimento Studi di macchine molecolari

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

Macchine molecolari possono essere trovati ovunque in natura, ad esempio, il trasporto delle proteine ​​attraverso le cellule e aiutando il metabolismo.

Per sviluppare macchine molecolari artificiali, gli scienziati hanno bisogno di capire le regole che governano la meccanica su scala molecolare o nanometri (un nanometro è un miliardesimo di metro).

Questa immagine mostra una macchina molecolare quadrupedi al trotto - zoccoli diagonalmente opposti si muovono insieme. I ricercatori hanno scoperto che questa forma di movimento distorta della specie molecolare troppo per essere praticabile.

Per affrontare questa sfida, un gruppo di ricerca presso la University of California, Riverside ha studiato una classe di macchine molecolari che 'cammina' su una superficie metallica piana. Essi consideravano entrambe le macchine bipedi che camminano su due 'gambe' e quelli quadrupedi che camminano su quattro.

"Abbiamo fatto un cavallo-come la struttura con quattro 'zoccoli' di studiare come macchine molecolari in grado di organizzare il movimento da più parti", ha detto Ludwig Bartels, professore di chimica, il cui laboratorio ha guidato la ricerca. "Un paio di anni fa, abbiamo scoperto come si può trasportare molecole di anidride carbonica lungo una linea retta su una superficie utilizzando una macchina molecolare con due 'piedi' che si muoveva un passo alla volta. Per la nuova ricerca, abbiamo voluto creare un specie che possono trasportare più carico -. il che significa che avrebbe bisogno di più le gambe, ma se una specie ha più di due gambe, come intende organizzare il proprio movimento "?

Bartels e colleghi hanno eseguito gli esperimenti in laboratorio e hanno scoperto che le molecole quadrupede utilizzare un andatura stimolazione - entrambe le gambe su un lato della molecola si muovono insieme, seguito da vicino le due gambe sul lato opposto della molecola. Le specie che hanno creato affidabile spostato lungo una linea, non ruota a lato o virando fuori rotta. I ricercatori hanno anche simulato un trotto della specie, in cui gli zoccoli diagonalmente opposti si muovono insieme, e ha scoperto che questa forma di movimento distorta della specie di gran lunga troppo per essere praticabile.

Una volta stabilito come si muove il molecola, i ricercatori hanno rivolto un prossimo questione fondamentale sul macchinario molecolare: Esiste una molecola - o porzioni di esso - semplicemente tunnel attraverso le barriere presentata dalla rugosità che incontra lungo il suo percorso?

"Se così fosse, questo sarebbe una partenza fondamentale dalla meccanica nel mondo macroscopico e notevolmente accelerare i progressi", ha detto Bartels. "Sarebbe come guidare su una strada sconnessa con le ruote della vostra auto passando attraverso i dossi, piuttosto che su di loro. Quantum-meccanica è noto per permettere un simile comportamento di particelle come gli elettroni e la luce atomi di idrogeno, ma potrebbe anche essere rilevante per molecole grandi? "

Bartels e colleghi varia la temperatura nei loro esperimenti di fornire le macchine molecolari con diversi livelli di energia, e studiato come la velocità delle macchine varia di conseguenza. Hanno trovato che una macchina con due gambe possono utilizzare tunnel dovrebbe entrare nella ondulazione della superficie. Ma una macchina con quattro (o potenzialmente più) le gambe non è in grado di utilizzare il tunneling, mentre una macchina in grado di coordinare il movimento dei suoi zoccoli a stimolazione, non può coordinare le proprie gallerie, i ricercatori hanno trovato.

"Così, anche la più piccola scala, se si vuole per il trasporto merci veloci, è necessario un veicolo leggero e agile bipedi", Bartels ha detto. "Veicoli di grandi dimensioni possono essere in grado di trasportare più carico, ma perché non è possibile utilizzare il tunneling in modo efficace, finiscono per avere a muoversi lentamente. E 'questa scoraggiante? Non proprio, perché macchinario molecolare come concetto è ancora nella sua infanzia. In effetti, non vi è un vantaggio di avere una molecola di muoversi lentamente perché ci permette di osservare i suoi movimenti più da vicino e imparare a controllarli. "

I risultati dello studio pubblicato sull'edizione online la scorsa settimana sul Journal of American Chemical Society, e apparirà in stampa in un prossimo numero della rivista.

Successivamente, i ricercatori intendono sviluppare macchine molecolari il cui movimento può essere controllato dalla luce.

Attualmente, le macchine molecolari sono allo studio intensamente per le loro funzioni nel campo della biologia e per il loro valore terapeutico. Per esempio, i pazienti con MRGE (malattia da reflusso gastroesofageo) sono prescritti gli inibitori della pompa protonica, che rallentano l'azione di pompaggio del biologico macchine molecolari, riducendo così i livelli di acido dello stomaco.

"In generale, immagine degli scienziati 'del lavoro di tali macchine biologiche molecolari prescinde completamente tunneling", Bartels ha detto. "Il nostro studio corregge questa percezione, che possono, a loro volta, portano a nuovi modi di controllare o correggere il comportamento del biologico macchine molecolari".

Macchine molecolari artificiali sono di interesse per l'industria microelettronica nella sua ricerca di sempre più piccoli elementi attivi nel computer e per l'archiviazione dei dati. Macchine molecolari artificiali potenzialmente può operare anche all'interno delle cellule come le loro controparti biologiche, medicina avere considerevoli effetti positivi.

Laboratorio di Bartels ha usato le molecole seguito nello studio: antrachinone e pentaquinone (entrambi bipedi) e pentacenetetrone e dimetil pentacenetetrone (entrambi quadrupedi).

Fonte: http://www.ucr.edu/

Last Update: 4. October 2011 04:16

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