Nanobot - fără degete groase și lipicioase
Roboți de dimensiuni moleculare - această viziune ar putea fi utilizată pentru transportul substanțelor active, repararea celulelor sau producerea altor molecule. La Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, cercetătorii au dezvoltat acum un fel de mașină moleculară care a depășit un obstacol comun în această tehnologie viitoare: nu are degete groase și lipicioase.
Kiel - Ideea mașinilor moleculare a fost mult timp discutată în nanoștiințe: compuși chimici produși artificial care sunt capabili să efectueze lucrări mecanice. Astfel de „nanoroboti” ar putea, de exemplu, transporta substanțe medicamentoase, repara celulele defecte sau măsura temperaturile din corp care indică inflamație.
Nanoboti și „problema degetelor” lor
Încă din anii 1980, inginerul american Kim Eric Drexler a avut ideea mașinilor moleculare ca așa-numiții asamblori: ar trebui să poată înțelege și să plaseze cu precizie atomii individuali pentru a construi structuri moleculare complexe. În cele din urmă, Drexler a spus că vor putea să se reproducă singuri.
Această viziune a fost începutul unei intense controverse științifice: oponenții care nu au considerat posibilă construirea unor astfel de nanoroboți din molecule, în esență, au prezentat două argumente la care se face referire în cercetare drept probleme ale „degetelor groase și lipicioase”. Potrivit acestui fapt, un asamblator ar trebui să aibă nenumărate „degete” pe o nanoscală pentru a putea prinde și plasa diferiți atomi - dar pur și simplu nu există spațiu pentru aceasta. Principalul obstacol pentru astfel de „constructori de molecule” este totuși dificultatea, cunoscută sub denumirea de „degete lipicioase”, de a putea elibera atomii odată ce au fost apucați și lăsați jos.
Natura ne arată cum
Rezultatele cercetărilor din ultimii ani sugerează, totuși, că dezvoltarea unor astfel de asamblori este posibilă în principiu. Rainer Herges, profesor de chimie organică la Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), este de asemenea convins de acest lucru. La urma urmei, astfel de asamblori moleculari există deja în natură, de exemplu sub formă de ribozomi care produc proteine în celule sau pentru sinteza ATP, adenozin trifosfat. Prin urmare, principiul acestor procese de sinteză biochimică ar trebui să fie reproductibil artificial în laborator ”, spune Herges.
Herges și echipa sa de cercetare au făcut acum un pas important către astfel de nanoroboți: au produs o moleculă care ia blocuri individuale și le folosește pentru a asambla inele mici. Acest asamblator artificial este acționat de lumina UV.
Lumina UV ca acționare și control
Pentru a realiza asamblorul, oamenii de știință au redus complexitatea proceselor biologice până când au putut fi implementate cu metode de chimie sintetică. În timpul testului funcțional al „Nanobotului”, aceștia au adus partenerii de reacție, patru ioni de vanadat, în imediata apropiere unul față de celălalt. Folosind o moleculă de asamblare care poate fi controlată de lumina UV, au declanșat apoi un proces de reacție în care se formează o nouă moleculă prin legarea celor patru blocuri de construcție vanadat pentru a forma un inel.
Cercetătorii au reușit, de asemenea, să rezolve „problema degetelor lipicioase” cu lumina UV: iradiată cu lumină cu o lungime de undă de 365 nanometri, forma externă a moleculei asamblătoare se schimbă. Capetele sale apoi se apasă împreună ca o pereche de clești, spațiul din interior devine prea mic și noua moleculă este eliberată. Utilizarea luminii UV pentru control și ca sursă de energie externă are, de asemenea, avantajul că este ușor de utilizat și - spre deosebire de energia chimică - nu produce subproduse neintenționate.
Viziune: transformarea luminii în energie chimică cu nanoboti
Mașini moleculare funcționale similare care transformă aminoacizii în proteine, de exemplu, ar putea declanșa o schimbare de paradigmă în metodele de sinteză chimică cu mai puțini subproduse și procese de sinteză mai scurte, spune Herges. Echipa Kiel subliniază, de asemenea, că energia moleculei rezultate este mai mare decât cea a materiilor prime. „Chiar dacă producția lor este o provocare, asamblatoarele moleculare ar putea fi un nou mod de a transforma energia luminii în energie chimică pe termen lung”, subliniază Herges.
Publicație originală: Hanno Sell, Anika Gehl, Daniel Plaul, Frank D. Sönnichsen, Christian Schütt, Felix Köhler, Kim Steinborn & Rainer Herges: Towards a light driven molecular assembler, Communications Chemistry volumul 2, numărul articolului: 62 (2019); DOI: 10.1038/s42004-019-0163-y
* J. Siekmann, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, 24118 Kiel
Tehnologia de stocare a viitorului
Nano vortexuri magnetice - stabile pentru prima dată fără ajutor
Molecule comutabile dezvoltate pentru spintronică
Calculator bazat pe molecule?
Acest site web este o marcă comercială a Vogel Communications Group. Puteți găsi o prezentare generală a tuturor produselor și serviciilor pe www.vogel.de