Голландские ученые разработали молекулярный мотор, работающий от энергии света. Он состоит из двух связанных хромофоров, которые притягиваются и отталкиваются за счет дипольных взаимодействий, обеспечивая вращение. Двигатель реагирует на единичные фотоны и делает оборот за пикосекунды (10-12 с). Статья опубликована в The Journal of Physical Chemistry Letters.
Молекулярные моторы, работающие за счет энергии света, существуют уже более 20 лет. В 2016 году, в частности, за их создание была присуждена Нобелевская премия по химии. Как правило, один оборот в них занимает от микро- до наносекунд. Теперь ученые из Гронингенского университета разработали еще более быстрый молекулярный мотор, который совершает полный оборот за пикосекунды, используя при этом мощность одного фотона. Мотор состоит из двух хромофоров, соединенных в молекулу.
«Один фотон возбуждает оба хромофора одновременно, создавая диполи, которые отталкиваются друг от друга. Поскольку хромофоры соединены тройной связью, они отталкиваются друг от друга вокруг оси. Во время этого они начинают притягивать друг друга, что приводит к полному вращению, генерируемому световой энергией и электростатической связью между двумя хромофорами», — говорит соавтор исследования Артея Маджумдар.
Разработанный ранее световой молекулярный мотор делал оборот за четыре шага, два из них запускались светом, а два теплом, они и ограничивали скорость вращения, так как молекула должна была дождаться колебаний тепловой энергии, чтобы перейти к следующему этапу. В новом дизайне вращение происходит из возбужденного состояния, и узких мест, ограничивающих скорость, в нем нет.
Подобные молекулярные моторы могут использоваться для доставки лекарств, перемещения наноразмерных объектов и в других нанотехнологических приложениях. Так как скорость их вращения намного выше, чем у биофизических процессов, их можно использовать для управления этими процессами.
Atreya Majumdar et al, Quantum-Classical Simulation of Molecular Motors Driven Only by Light, The Journal of Physical Chemistry Letters (2021). DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c00951
