Posted in | Nanoelectronics

UC Riverside צוות ללימודי התנועה של מכונות מולקולריות

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

מכונות מולקולריות ניתן למצוא בכל מקום בטבע, למשל, הובלת חלבונים באמצעות תאים מסייעים בחילוף החומרים.

כדי לפתח מכונות מולקולריות מלאכותית, המדענים צריכים להבין את החוקים השולטים מכניקה ברמה המולקולרית או ננומטר (ננומטר הוא מיליארדית המטר).

תמונה זו מראה מכונה מולקולרית quadrupedal בריצה קלה - פרסות מול באלכסון לנוע יחד. החוקרים גילו כי צורה זו של התנועה מעוותת המין מולקולרית הרבה יותר מדי כדי להיות בת קיימא.

כדי להתמודד עם האתגר הזה, צוות מחקר באוניברסיטת קליפורניה, ריברסייד למד בכיתה של מכונות מולקולריות, כי "ללכת" על פני משטח מתכת שטוח. הם ראו שתי מכונות שתי גפיים, כי ללכת על שתי "רגליים" ואת אלה quadrupedal כי ללכת על ארבע.

"עשינו מבנה דמוי סוס עם ארבע פרסות ללמוד איך המנגנון המולקולרי יכול לארגן את ההצעה של חלקים רבים", אמר לודוויג Bartels, פרופסור לכימיה, אשר הוביל את המחקר במעבדה. "לפני כמה שנים, גילינו איך אנחנו יכולים להעביר מולקולות פחמן דו חמצני לאורך קו ישר על פני השטח בעזרת מכונה מולקולרית עם שתי" רגליים "שזז צעד אחד בכל פעם. לצורך המחקר החדש, רצינו ליצור מינים שיכולים לשאת מטען נוסף -. ופירוש הדבר היה צריך ברגליים יותר אבל אם מינים יש יותר משתי רגליים, איך זה יהיה לארגן את ההצעה שלהם "?

Bartels ועמיתיו ביצעו ניסויים במעבדה נמצא כי המולקולות quadrupedal להשתמש הליכה הלוך ושוב - שתי הרגליים בצד אחד של המולקולה לנוע יחד, ואחריו הבאה על ידי שתי רגליים על הצד הנגדי של המולקולה. מינים הם יצרו עבר אמין לאורך קו, לא מסתובבת לצד או סוטה מהמסלול. החוקרים גם מדומה בדהרה של המין האנושי, שבו באלכסון פרסות מול לזוז יחד, גילו כי צורה זו של התנועה מעוותת המינים הרבה יותר מדי כדי להיות בת קיימא.

לאחר שקבע את האופן שבו נע מולקולה, חוקרים הבא התייחס שאלה יסודית לגבי מכונות מולקולריות: האם מולקולה - או חלקים ממנה - פשוט מנהרה דרך מחסומי שהציג החספוס הוא נתקל בדרך שלה?

"אם זה לא, זה יהיה היציאה מן היסוד מכניקה בעולם מאקרוסקופיים תאיץ בהרבה תנועה", אמר Bartels. "זה יהיה כמו נהיגה בכביש מהמורות עם הגלגלים של המכונית שלך עובר מכשולים ולא מעליהם. Quantum-המכניקה ידועה לאפשר התנהגות כזאת של חלקיקי האור מאוד כמו אלקטרונים אטומי מימן, אבל זה גם יהיה רלוונטי עבור מולקולות גדולות? "

Bartels ועמיתיו מגוונות הטמפרטורה בניסויים שלהם כדי לספק את מכונות מולקולריות עם רמות שונות של אנרגיה, ולמד איך את המהירות של המכונות מגוונת כתוצאה. הם מצאו כי מכונה עם שתי רגליים יכולים להשתמש מנהור כדי zip דרך השטח קמטים. אבל מכונה עם ארבעה (או פוטנציאל ליותר) רגליים הוא לא יכול להעסיק מנהור, ואילו כגון מכונת יכולה לתאם את התנועה של פרסות שלה לצעוד, זה לא יכול לתאם מנהור שלהם, מצאו החוקרים.

"לכן, גם בקנה מידה הקטן ביותר, אם אתה רוצה להעביר מטען מהיר, אתה צריך שתי גפיים הרכב אור זריז," אמר Bartels. "כלי רכב גדולים יותר יוכלו לשאת מטען נוסף, אך מכיוון שהם לא יכולים להשתמש מנהור ביעילות, הם בסופו של דבר לאחר לנוע באיטיות. האם זה מעודד? לא ממש, כי מכונות מולקולריות כמושג הוא עדיין בחיתוליו. אכן, יש יתרון שיש מולקולה לנוע לאט, כי זה מאפשר לנו להתבונן התנועות שלה יותר מקרוב וללמוד כיצד לשלוט בהם. "

תוצאות המחקר הופיעו באינטרנט בשבוע שעבר בכתב העת של האגודה האמריקנית לכימיה, והוא יופיע בדפוס בגיליון הקרוב של כתב העת.

בשלב הבא, החוקרים מתכננים לפתח מכונות מולקולריות שאת ההצעה יכול להיות נשלט על ידי אור.

נכון לעכשיו, מכונות מולקולריות הם נחקרים באינטנסיביות על תפקידיהם בביולוגיה עבור הערך הטיפולי שלהם. לדוגמה, חולים עם GERD (מחלת ריפלוקס גסטרו) נקבעו מעכבי משאבת המימן, אשר להאט את פעולת השאיבה של מכונות מולקולריות ביולוגי, ובכך להקטין את רמות חומצת הקיבה.

"באופן כללי, התמונה" המדענים של עובד של מכונות כאלה מולקולרית ביולוגית לחלוטין מתעלמת מנהור, "אמר Bartels. "המחקר שלנו מתקנת תפיסה זו, אשר עשוי, בתורו, להוביל לדרכים חדשות של שליטה או לתקן את אופן הפעולה של מכונות מולקולריות ביולוגית."

מכונות מולקולריות מלאכותית הם עניין בתעשיית microelectronic בשאיפתה עבור רכיבים פעילים קטנים יותר ויותר במחשבים לאחסון נתונים. מכונות מולקולריות מלאכותית פוטנציאלי יכול גם לפעול בתוך התאים כמו עמיתיהם הביולוגי שלהם, במידה רבה לטובת הרפואה.

המעבדה של Bartels השתמשו במולקולות הבאות במחקר: anthraquinone ו pentaquinone (הן שתי גפיים); ו pentacenetetrone ו דימתיל pentacenetetrone (שניהם quadrupedal).

מקור: http://www.ucr.edu/

Last Update: 4. October 2011 04:18

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