Naukowcy właśnie sprawili, że cząsteczki dokonały niemożliwego za pomocą światła

Łącząc reakcje fotochemiczne z samoorganizacją molekularną, naukowcy osiągnęli niemożliwe: wykorzystali światło do wytworzenia dostosowań molekularnych, które kwestionują równowagę termodynamiczną.

Innowacyjne podejście doprowadziło do nowego badania, które wykorzystuje światło do manipulacji molekularnychmoże zrewolucjonizować technologię i medycynę.

Wykorzystując kreatywne połączenie reakcji fotochemicznych wywołanych światłem i samoorganizacja molekularna, zespół badawczy wykorzystał do rozwoju światło słoneczne innowacyjne materiały, inteligentne leki i dynamiczne systemy, które imitują procesy nierównowagowe dwa żywe organizmy.

Zespół pod wodzą Alberto Crediprofesorowi na Uniwersytecie w Bolonii, udało się wprowadzić cząsteczkę w kształcie nitki do wnęki cząsteczki w kształcie pierścienia, tworząc struktura wysokoenergetyczna qnormalnie tak by było niemożliwe w równowadze termodynamicznej.

Zasadniczo światło na to pozwala tworzenie konfiguracji molekularnych to do natura sama nie jest w stanie tego osiągnąć.

„Wykazaliśmy, że podanie energii świetlnej do roztworu wodnego zapobiega: reakcja samoorganizacji molekularnej osiąga minimum termodynamiczny, powodując rozkład produktów inny niż obserwowany w równowadze” – mówi Alberto Credi w oświadczeniu opublikowanym .

„To zachowanie, tj u źródeł wielu funkcji żywych organizmów, jest mało badana w sztucznych cząsteczkach, ponieważ Bardzo trudno to zaplanować i obserwuj” – dodaje włoski badacz.

„A prostota i wszechstronność Nasze podejście, w połączeniu z faktem, że światło widzialne, czyli światło słoneczne, jest czystym i zrównoważonym źródłem energii, pozwala przewidywać rozwój w kilku obszarach technologii i medycyny” – podsumowuje badacz.

Samoorganizacja: serce nanotechnologii

Samoorganizacja składników molekularnych w celu uzyskania układów i materiałów o strukturach w nanoskali (1 nanometr = 1 miliardowa część metra) jest jedną z podstawowe procesy nanotechnologiczne.

Proces ten wykorzystuje tendencję cząsteczek do ewolucji, aż osiągną a stan równowagi termodynamicznejczyli o minimalnej energii.

Jednakże, istoty żywe funkcjonują poprzez przemiany chemiczne które występują poza równowagą termodynamiczną i które mogą nastąpić jedynie poprzez dostarczenie energii zewnętrznej.

Odtwórz te mechanizmy za pomocą sztucznych systemów To złożone wyzwanie i ambitne, które mogłyby pozwolić na stworzenie nowych substancji, zdolnych do reagowania na bodźce i interakcji z otoczeniem, które mogłyby zostać wykorzystane do rozwoju m.in. inteligentne leki i materiały aktywne.

Połączone ze sobą elementy to tzw cyklodekstrynyrozpuszczalne w wodzie puste cząsteczki o kształcie ściętego stożka i pochodne azobenzenucząsteczki zmieniające kształt pod wpływem światła.

W wodzie interakcje pomiędzy tymi składnikami prowadzą do powstania kompleksów supramolekularnych, w których nitkowate odmiany azobenzenu wstawiają naukowcy w jamie cyklodekstryny.

Kontrola orientacji molekularnej

W tym badaniu związek nitkowaty ma dwa różne końce; Ponieważ dwa pierścienie cyklodekstryny są również różne, wstawienie pierwszego do drugiego tworzy dwa różne kompleksyktóre różnią się względną orientacją obu komponentów.

Kompleks A jest bardziej stabilny niż kompleks Bale ten drugi tworzy się szybciej niż pierwszy. W przypadku braku światła w równowadze obserwuje się tylko kompleks uprzywilejowany termodynamicznie, mianowicie A.

Naświetlając roztwór światłem widzialnym, azobenzen zmienia konfigurację przedłużony, podobny do cyklodekstryny, dla złożonej konfiguracjiniezgodny z wnęką; w rezultacie kompleks dysocjuje.

Jednakże to samo światło może przekształcić azobenzen z powrotem z postaci złożonej do postaci rozciągniętej, a zdysocjowane składniki możemy wrócić do siebie.

Ponieważ kompleks B tworzy się znacznie szybciej niż A, przy ciągłym oświetleniu zostaje on osiągnięty stan ustalony gdzie kompleks B jest produktem dominującym.

Kiedy światło jest wyłączone, azobenzen powoli się odwraca do formy rozszerzonej i po pewnym czasie obserwuje się już tylko kompleks A.

Pozwala na to mechanizm samoorganizacji związany z reakcją fotochemiczną wykorzystać energię świetlną do gromadzenia niestabilnych produktówtorując w ten sposób drogę nowym metodologiom syntezy chemicznej oraz rozwojowi dynamicznych materiałów i urządzeń molekularnych (np. nanomotorów), które działają w warunkach nierównowagowych, podobne do istot żywych.