新研究揭示了分子運(yùn)動(dòng)

新的研究表明合成自制纖維如何引導(dǎo)分子運(yùn)動(dòng)，而這種運(yùn)動(dòng)可以由光長(zhǎng)距離提供燃料，這一發(fā)現(xiàn)可能為利用光作為可持續(xù)能源的新方法鋪平道路。

諾丁漢大學(xué)的研究人員首次使用了組裝分子液體的路徑，可以通過(guò)光推動(dòng)移動(dòng)的分子。研究“光控微米級(jí)分子運(yùn)動(dòng)”已于今天發(fā)表在《自然化學(xué)》上。

諾丁漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院的 David Amabilino 教授是主要研究人員之一，他解釋說(shuō)：“在生物體中，分子馬達(dá)沿著特定的分子路徑行進(jìn)，它是細(xì)胞功能的重要組成部分。我們已經(jīng)證明，液體中的合成自制分子纖維的行為就像分子旅行者在其長(zhǎng)度 10,000 倍的距離內(nèi)移動(dòng)的路徑。光作為燃料來(lái)促進(jìn)運(yùn)動(dòng)，而混合到系統(tǒng)中的分子開(kāi)關(guān)顯然會(huì)推動(dòng)旅行者前進(jìn)。

該系統(tǒng)首次模擬了沿著細(xì)胞中的纖維發(fā)生的運(yùn)動(dòng)。這是一個(gè)非常令人興奮的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槿绻覀兡苷业皆谶@個(gè)過(guò)程中利用光的潛力的方法，那么它可以為光激活藥物的使用鋪平道路，新的方法利用光能作為動(dòng)力來(lái)源并創(chuàng)造新的以可持續(xù)的方式執(zhí)行化學(xué)任務(wù)。”

該團(tuán)隊(duì)利用帶相反電荷的化學(xué)基團(tuán)之間的相互作用，并通過(guò)將一個(gè)開(kāi)關(guān)分子引入纖維中來(lái)為這個(gè)靜態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)造運(yùn)動(dòng)，該分子來(lái)回?cái)[動(dòng)的速度非?？?。將光照射到它上面會(huì)削弱旅行者分子與路徑的相互作用，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)在一定距離處移動(dòng)。如果分子是我們的大小，它們將移動(dòng)相當(dāng)于 10 公里。

當(dāng)開(kāi)關(guān)分子受到輻射時(shí)會(huì)釋放熱量，并且這種熱量具有幫助鋼絲圈移動(dòng)的局部效應(yīng)，因此開(kāi)關(guān)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)以及開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)釋放的熱量對(duì)于使系統(tǒng)工作很重要。

該團(tuán)隊(duì)用來(lái)觀察這些效應(yīng)的技術(shù)是一種特殊的光學(xué)顯微鏡，它允許同時(shí)激發(fā)分子——使它們移動(dòng)——并在它們放光時(shí)觀察它們(移動(dòng)的分子是熒光的)。

該研究的合著者 Mario Samperi 補(bǔ)充說(shuō)：“我們準(zhǔn)備的系統(tǒng)對(duì)形成纖維的溶劑非常敏感。在烈酒強(qiáng)度的液體中，移動(dòng)的分子沿著纖維移動(dòng)到另一個(gè)位置，而當(dāng)液體的強(qiáng)度為較弱的檸檬酒時(shí)，在旅行者移動(dòng)的地方形成重新排列的纖維環(huán)并融入新形成的圓形軌道。

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