La eyesight du futur de la miniaturisation a produit une série de moteurs moléculaires synthétiques qui sont entraînés par une gamme de resources d’énergie et peuvent effectuer divers mouvements. Un groupe de recherche de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) a maintenant réussi à contrôler une réaction de catalyse à l’aide d’un moteur commandé par la lumière. Cela nous rapproche encore moreover de la réalisation de la vision d’une nano-usine dans laquelle des combinaisons de différentes machines fonctionnent ensemble, comme c’est le cas dans les cellules biologiques. Les résultats ont été publiés dans le Journal of the American Chemical Society.




Les lois de la mécanique ne peuvent pas toujours être appliquées

Par définition, un moteur convertit l’énergie en un kind spécifique d’énergie cinétique. Au niveau moléculaire, par exemple, la protéine myosine peut produire des contractions musculaires en utilisant l’énergie chimique. De telles nanomachines peuvent maintenant être produites par synthèse. Cependant, les molécules utilisées sont beaucoup in addition petites que les protéines et nettement moins complexes.


« Les lois de la physique mécanique ne peuvent pas simplement être appliquées au niveau moléculaire », déclare le professeur Henry Dube, président de chimie organique I à la FAU. L’inertie, par exemple, n’existe pas à ce niveau, explique-t-il. Déclenchées par le mouvement brownien, les particules sont constamment en mouvement. « Activer un moteur rotatif ne suffit pas, vous devez incorporer un variety de mécanisme à cliquet qui l’empêche de tourner en arrière », explique-t-il.

En 2015, au LMU de Munich, le professeur Dube et son équipe ont développé un moteur moléculaire particulièrement rapide entraîné par la lumière visible. En 2018, ils ont développé le leading moteur moléculaire qui est entraîné uniquement par la lumière et fonctionne quelle que soit la température ambiante. Un an additionally tard, ils ont développé une variante capable non seulement de rotation mais aussi d’exécuter un mouvement en huit. Tous les moteurs sont basés sur la molécule d’hémithioindigo, une variante asymétrique du colorant indigo naturel où un atome de soufre prend la place de l’atome d’azote. Une partie de la molécule tourne en plusieurs étapes dans le sens opposé à l’autre partie de la molécule. Les étapes énergétiques sont déclenchées par la lumière seen et modifient les molécules de sorte que les réactions inverses soient bloquées.

Catalyseurs standards utilisés

Après son arrivée chez FAU, Henry Dube a utilisé le moteur rotatif développé en 2015 pour contrôler pour la première fois un processus chimique séparé. Il se déplace en quatre étapes autour de la double liaison carbonée de l’hémithioindigo. Deux des quatre étapes déclenchées par une image-réaction peuvent être utilisées pour contrôler une réaction de catalyse. « La lumière verte génère une composition moléculaire qui lie un catalyseur à l’hémithioindigo et la lumière bleue libère le catalyseur », explique le chimiste.

Un catalyseur conventional est utilisé qui n’a aucun atome métallique. En utilisant des forces électrostatiques, le catalyseur se fixe by way of une liaison hydrogène sur un atome d’oxygène dans la « molécule motrice ». Tous les catalyseurs utilisant une liaison hydrogène pourraient être utilisés, en principe. « Le grand avantage de l’hémithioindigo est que sa structure innée possède un mécanisme de liaison pour les catalyseurs », explique le professeur Dube. Sinon, il devrait être ajouté par synthèse chimique.

La rotation du moteur de l’hémithioindigo est contrôlée par la lumière noticeable. En même temps, le système permet la libération et la liaison ciblées d’un catalyseur qui accélère ou ralentit les réactions chimiques souhaitées. « Ce projet est une étape importante vers l’intégration des moteurs moléculaires dans les processus chimiques de manière easy et de différentes manières », déclare le professeur Dube. « Cela nous permettra de synthétiser des médicaments complexes avec un haut niveau de précision à l’aide de equipment moléculaires comme une ligne de production à l’avenir.