Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanoelectronics

UC Riverside teamet Studier Movement of Molecular Machines

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

Molekylære maskiner kan finnes overalt i naturen, for eksempel transport av proteiner gjennom celler og hjelpe metabolisme.

Å utvikle kunstig molekylære maskiner, forskere trenger å forstå reglene som styrer mekanikere på molekylært eller nanometer skala (en nanometer er en milliarddel av en meter).

Dette bildet viser en quadrupedal molekylær maskin trav - diagonalt motsatt hovene flytte sammen. Forskerne fant at denne form for bevegelse forvrengt den molekylære artene altfor mye å være levedyktig.

For å møte denne utfordringen, et forskerteam ved University of California, studerte Riverside en klasse av molekylære maskiner som 'gå' over en flat overflate av metall. De mente begge bipedal maskiner som går på to "ben" og quadrupedal de som går på fire.

"Vi gjorde en hest-lignende struktur med fire" hover "for å studere hvordan molekylære maskiner kan organisere bevegelse av flere deler," sier Ludwig Bartels, en professor i kjemi, som lab ledet forskningen. "Et par år siden, oppdaget vi hvordan vi kan frakte karbondioksid molekyler langs en rett linje over en overflate ved hjelp av en molekylær maskin med to" føtter "som beveget seg ett skritt av gangen. For den nye forskningen, ønsket vi å skape en arter som kan bære mer last -. noe som betyr at den ville trenge flere bein Men hvis en art har mer enn to ben, hvordan vil det organisere deres bevegelse "?

Bartels og kolleger utført eksperimenter i laboratoriet og funnet at quadrupedal molekylene bruke en pacing gangart - begge beina på den ene siden av molekylet flytter sammen, etterfulgt neste av de to bena på motsatt side av molekylet. Arten de skapte flyttet pålitelig langs en linje, ikke rotere til siden eller veering av kurs. Forskerne har også simulert en traver av artene, som diagonalt motsatt hover flytter sammen, og fant ut at denne formen for bevegelsen forvrengt artene altfor mye å være levedyktig.

Har etablert hvordan molekylet beveger seg, forskerne neste adressert et grunnleggende spørsmål om molekylære maskiner: Har et molekyl - eller deler av den - bare tunnel gjennom barrierer presentert av grovheten den støter på langs sin vei?

"Hvis det gjorde det, ville dette være et grunnleggende avvik fra mekanikk i den makroskopiske verden, og ville være til stor fart bevegelse," Bartels sa. "Det ville være som å kjøre på en humpete vei med hjulene på bilen din går gjennom humper i stedet over dem. Quantum-mekanikk er kjent for å tillate slik oppførsel for svært lette partikler som elektroner og hydrogenatomer, men ville det også være aktuelt for store molekyler? "

Bartels og kolleger varierte temperaturen i sine eksperimenter for å gi molekylære maskiner med forskjellige nivåer av energi, og studerte hvordan hastigheten på maskinene varierte som en konsekvens. De fant at en maskin med to ben kan bruke tunneling til zip gjennom overflaten corrugation. Men en maskin med fire (eller potensielt flere) bein er ikke i stand til å ansette tunneling, mens en slik maskin kan koordinere bevegelsen av dens hover i pacing, kan det ikke koordinere sin tunnel, fant forskerne.

"Så, selv ved de minste skala, hvis du ønsker å transportere last raskt, trenger du en lett og kvikk bipedal bil," Bartels sa. "Større kjøretøy kan være i stand til å bære mer last, men fordi de ikke kan bruke tunneling effektivt, ender de opp med å måtte bevege seg sakte. Er dette nedslående? Ikke egentlig, fordi molekylære maskiner som begrep er fortsatt i sin barndom. Det er faktisk en fordel å ha et molekyl bevege seg sakte fordi den tillater oss å observere dens bevegelser nærmere og lære å kontrollere dem. "

Resultatene fra denne undersøkelsen dukket opp på nettet i forrige uke i Journal of American Chemical Society, og vil komme på trykk i en kommende utgave av tidsskriftet.

Deretter forskerne planlegger å utvikle molekylære maskiner som bevegelse kan styres av lys.

Foreløpig er molekylære maskiner som blir studert intenst for sine funksjoner i biologi og for deres terapeutiske verdi. For eksempel er pasienter med GERD (Gastroøsofageal reflukssykdom) foreskrevet protonpumpehemmere, som sakte pumpingen av biologiske molekylære maskiner, og dermed redusere mage syre nivåer.

"Vanligvis forskernes bilde av arbeidsmiljøet av slikt biologiske molekylære maskiner fullstendig overser tunneling," Bartels sa. "Vår studie korrigerer denne oppfatningen, som kan i sin tur føre til nye måter å kontrollere eller korrigere oppførselen til biologiske molekylære maskiner."

Kunstig molekylære maskiner er av interesse for mikroelektroniske industrien i sin søken etter mindre og mindre aktive elementer i datamaskiner og for datalagring. Kunstig molekylære maskiner potensielt kan også operere inne i cellene som sine biologiske kolleger, stor fordel medisin.

Bartels er lab brukte følgende molekyler i studien: anthraquinone og pentaquinone (begge bipedal), og pentacenetetrone og dimethyl pentacenetetrone (begge quadrupedal).

Kilde: 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