Nanomașinile, a caror descoperire a fost recompensată cu Premiul Nobel în Chimie în 2016, permit realizarea lucrului mecanic la cele mai mici dimensiuni. Problema majora la manipularea nanomasinilor era ca motoarele moleculare pot funcționa doar într-o singură direcție. O inventie a mai multor cercetatori francezi, la care a colaborat si Daniel Funeriu, fost ministru al Educatiei, va permite controlarea masinilor moleculare cu o precizie similara unei cutii de viteze.
Astfel, cercetători din cadrul Institutului CNRS Charles Sadron, sub conducerea lui Nicolas Giuseppone, profesor la Universitatea din Strasbourg, în colaborare cu Laboratorul de matematică d'Orsay (CNRS/Universitatea Paris-Sud), au dezvoltat mașini moleculare mai complexe capabile să funcționeze în ambele direcții, se arata intr-un comunicat al CNRS, Centre National de la Recherche Scientifique din Franta. Studiul a fost publicat în ediția din 20 martie 2017 a revistei Nature Nanotechnology.
Inventia cerceatatorilor din Franta poate duce la utilizarea practica a descoperirilor pentru care a fost acordat premiul Nobel pentru chimie din 2016: pot fi imaginate materiale inteligente care isi schimba forma si volumul in functie de stimuli exteriori, precum si utilizari in medicina.
Cu ajutorul unei surse de energie externe, precum sursele chimică sau de lumină, motoarele moleculare pot produce o mișcare mecanică ciclică, combinată cu mișcarea Browniană (mișcare dezorganizată și aleatoare a moleculelor din jur). Cu toate acestea, expunerea nanomotoarelor la numeroase coliziuni moleculare face dificilă realizarea lucrului mecanic directionat și, așadar, util.
Primele motoare moleculare dezvoltate în anii 2000 erau bazate pe principiul ”clichetului Brownian”, care, similar unei crestături pe o roată dințată care împiedică mecanismul să se miște înapoi, va dirija mișcarea Browniană astfel încât motorul sa funcționeze doar într-o singură direcție, se mai arata in comunicatul citat.
Echipa de cercetători a reușit să inverseze mișcarea prin conectarea motoarelor la modulatori moleculari (subunități de ambreiaj) utilizând lanțuri polimerice (subunități de transmisie), precum și a elaborarii unui model matematic pentru a înțelege comportamentul acestui material complex.
Atunci când sunt expuse la iradiere cu raze ultraviolet, motoarele se rotesc, în timp ce modulatoarele rămân imobile. Lanțurile polimerice, astfel, se răsucesc și se comprimă similar unei benzi de cauciuc care se scurtează în rezultatul răsucirii. Fenomenul respectiv poate fi observat la scară macroscopică atunci când moleculele formează un material care se comprimă.
Odată cu expunerea moleculelor la o lumină vizibilă, are loc oprirea motoarelor și activarea modulatoarelor. Energia mecanică stocată în lanțurile polimerice rotește modulatoarele în direcția opusă celei inițiale, iar materialul se extinde.
Cercetătorii au reușit să demonstreze că volumul și viteza lucrului mecanic realizat pot fi reglate prin combinarea luminii UV și luminii vizibile, precum o cutie de viteze care funcționează prin modulația în frecvența motoarelor și modulatoarelor. În prezent ei își propun să utilizeze rezultatele acestui studiu la dezvoltarea unor dispozitive fotomecanice care să facă posibil lucrul mecanic controlat de lumină.
Realizarea studiului a fost susținută financiar de European Research Council și Agence Nationale pour la Recherche.
Vezi aici un clip VIDEO care explica mecanismul:
2
29
