Posted in | Nanoelectronics

UC Riverside Team Studies Movement ng mga molekular machine

Published on September 14, 2010 at 1:45 AM

Molekular machine ay matatagpuan sa lahat ng dako sa kalikasan, halimbawa, transporting proteins sa pamamagitan ng cell at aiding sa metabolismo.

Upang bumuo ng mga artipisyal molekular machine, ang mga siyentipiko ay kailangan upang maunawaan ang mga patakaran na namamahala ng mga mekanika sa molecular o nanometer scale (nanometer ay 1/1000000000 ng isang metro).

Ang imahe na ito ay nagpapakita ng may apat na paa molekular machine trotting sa dayagonal kabaligtaran hooves ilipat ang sama-sama. Ang mga mananaliksik natagpuan na ang form na ito ng pagkilos ay magulong ang molekular species malayo masyadong maraming ay mabubuhay.

Upang matugunan ang hamon, ng isang koponan ng pananaliksik sa University of California, Riverside-aral ng isang klase ng mga molekular machine na 'lakad' sa isang patag na ibabaw ng metal. Isinasaalang-alang nila ang parehong may dalawang paa machine na paglalakad sa dalawang 'binti at mga may apat na paa na lumakad sa apat.

"Aming ginawa ng isang kabayo-tulad ng istraktura sa apat na 'hooves' sa pag-aaral kung paano ang molekular makinarya ay maaaring ayusin ang galaw ng maramihang mga bahagi," sabi ni Ludwig Bartels, isang propesor ng kimika, na ang lab na humantong sa pananaliksik. "Ang ilang taon na ang nakalipas, aming natuklasan kung paano namin na sasakyan ng mga molecule ng carbon dioxide kasama ng isang tuwid na linya sa isang ibabaw na gamit ang isang molekular machine na may dalawang 'paa' na inilipat sa isang hakbang sa isang oras. Para sa mga bagong pananaliksik, namin nais upang lumikha ng isang mga species na maaaring dalhin sa karagdagang karga - na nangangahulugan na ito ay kailangan ng higit pa paa Subalit kung ang isang species ay may higit sa dalawang binti, kung paano ito ayusin ang kanilang mga galaw "?

Bartels at kasamahan gumanap eksperimento sa lab at natagpuan na ang mga may apat na paa mga molecule gamitin lakad ng pacing - parehong binti sa isang bahagi ng Molekyul ilipat magkasama, sinundan tabi ng dalawang binti sa kabaligtaran bahagi ng Molekyul. Ang mga species na sila nilikha inilipat mapagkakatiwlaan kasama ng isang linya, hindi umiikot sa tabi o veering off kurso. Ang mga mananaliksik ay din kunwa trotting ng mga species, na kung saan sa dayagonal kabaligtaran hooves ilipat magkasama, at natagpuan na ang form na ito ng pagkilos ay magulong ang mga species malayo masyadong maraming ay mabubuhay.

Pagkakaroon ng itinatag kung paano ang mga Molekyul gumagalaw, ang mga mananaliksik susunod na direksiyon ng isang pangunahing katanungan tungkol sa molekular makinarya: ba ang isang Molekyul-o mga bahagi nito - lamang tunnel sa pamamagitan ng mga hadlang na ipinakita sa pamamagitan ng ang gaspang na ito ay nakatagpo kasama nito path?

"Kung ito ay, ito ay isang pangunahing alis mula sa mga mekanika sa macroscopic mundo at lubos na bilis up ang kilusan," Bartels sinabi. "Ay ito ay tulad ng pagmamaneho sa isang matigtig kalsada sa mga gulong ng iyong sasakyan pagpunta sa pamamagitan ng bumps kaysa sa mga iyon. Kabuuan-mekanika ay kilala upang payagan ng ganitong pag-uugali para sa napaka-liwanag na particle tulad ng mga electron at hydrogen atoms, ngunit ito rin ay may-katuturang para sa malaking mga molecule? "

Bartels at mga kasamahan ay iba-iba ang temperatura sa kanilang mga eksperimento upang magbigay ng molekular machine na may iba't ibang mga antas ng enerhiya, at aral kung paano ang bilis ng machine na iba-iba bilang isang kinahinatnan. Sila ay natagpuan na ang isang makina na may dalawang binti ay maaaring gamitin tunneling sa zip sa pamamagitan ng kulubot ibabaw. Ngunit ang isang machine na may apat na (o maaring higit pa) binti ay hindi magagawang gamitin tunneling; habang ang tulad machine ay maaaring coordinate ang mga kilusan ng kanyang hooves sa pacing, hindi ito maaaring coordinate kanilang tunneling, ang mga mananaliksik natagpuan.

"Kaya, kahit na sa ang tiniest scale, kung gusto mong sasakyan karga mabilis, kailangan mo ng ilaw at mabilis na may dalawang paa na sasakyan," Bartels sinabi. "Mas malaki sasakyan ay maaaring ay upang dalhin ang nalalaman karga, ngunit dahil hindi sila maaari gumamit tunneling epektibo, end sila up hindi upang ilipat ang dahan-dahan. Ay ito nakapanghihina ng loob? Hindi talaga, dahil molekular makinarya bilang isang konsepto ay pa rin sa kanyang pagkabata. Sa katunayan, may ay ang kalamangan isang sa pagkakaroon Molekyul isang ilipat mabagal dahil ito ay nagbibigay-daan sa amin upang obserbahan ang mga paggalaw mas malapit at malaman kung paano upang kontrolin ang mga ito. "

Pag-aaral resulta lumitaw online huling linggo sa Journal ng American Society kimikal, at lilitaw sa print sa isang paparating na isyu ng journal.

Sunod, ang mga mananaliksik na plano upang bumuo molekular machine na ang paggalaw ay maaaring kinokontrol sa pamamagitan ng liwanag.

Sa kasalukuyan, ang mga molekular machine ay na-aral marubdob para sa kanilang mga function sa biology at para sa kanilang panterapeutika halaga. Halimbawa, ang mga pasyente sa Gerd (Gastroesophageal kati sakit) ay inireseta ng proton inhibitors bomba, na kung saan mabagal ang pumping pagkilos ng biological na molekular machine, kaya pagbabawas ng mga antas ng tiyan acid.

"Sa pangkalahatan, ang mga siyentipiko larawan ng ang gumagana ng tulad biological na molekular makinarya disregards tunneling," Bartels sinabi. "Ang aming pag-aaral corrects ito pandama, na maaaring, sa turn, humantong sa mga nobelang na paraan ng pagkontrol o Inaayos ang pag-uugali ng mga biological na molekular machine."

Artipisyal na molekular machine ay ng interes sa industriya microelectronic sa kanyang paghahanap para sa mas maliit at mas maliit aktibong mga elemento sa mga computer at para sa data na imbakan. Artipisyal na molekular machine ay potensyal na din gumana sa loob ng cell tulad ng kanilang biological counterparts, lubhang benefiting gamot.

Bartels ng lab ginamit ang sumusunod na mga molecule sa pag-aaral: anthraquinone at pentaquinone (parehong may dalawang paa), at pentacenetetrone at dimethyl pentacenetetrone (parehong may apat na paa).

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

Last Update: 7. October 2011 18:25

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