Zahlavi

Vědci postavili 2D miniaturní motory, jejich palivem je světlo

Vědci postavili 2D miniaturní motory, jejich palivem je světlo

Thu Aug 10 11:53:07 CEST 2017

Vědcům z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR se podařilo vystavět dvourozměrné pole molekulárních motorů reagujících na světlo. Na molekulární úrovni vytvořili soustavu pravidelně rozmístěných miniaturních strojů, které se dokážou při ozáření světlem roztočit. Tým pod vedením Dr. Jiřího Kalety ze skupiny prof. Josefa Michla na výzkumu spolupracoval s loňským laureátem Nobelovy ceny za chemii Prof. Benem Feringou. Jejich práci otiskl prestižní chemický časopis Journal of the American Chemical Society (JACS).

Práce s miniaturními stroji se dá připodobnit k oblíbené dětské stavebnici LEGO. „Vezmeme jednu molekulu, tu rozbijeme na dva kusy a pak z toho stavíme nové molekuly. Tak to děláme v laboratoři,“ říká Ben Feringa. V roce 1999 vědci přišli na to, že molekula se vlivem světla otáčí, že rotuje. Jako motor. Molekula rotovala dopředu a vědci si uvědomili, že před sebou mají molekulární motor.

Tým Jiřího Kalety z dejvického Ústavu organické chemie a biochemie hledal odpověď na otázku jak materiály s rozměrem jedné milióntiny metru rozmístit do přesně definovaných pozic a sestavit z nich 2D pole.

„Jako podklad jsme využili chemickou látku tris(o-fenylen)cyklotrifosfazen (TPP), kterou ve skupině prof. Michla pro podobné účely již dlouho používáme. Krystalky TPP vytváří malé destičky, které mají ve své struktuře dlouhé rovné a pravidelně uspořádané kanálky směřující kolmo k povrchu,“ vysvětluje Jiří Kaleta. „Tato látka snadno vytváří komplexy s jinými sloučeninami, které ochotně vstupují dovnitř kanálků, a už se jim nechce ven.“

Získaná molekula má tvar tyčinky nesoucí na jednom konci molekulární motor. Druhý konec je pak speciálně navržen tak, aby umožnil motoru nasoukat se do kanálku v podkladu a zůstat v něm pevně ukotvený. Celá struktura navíc obsahuje zarážku bránící tomu, aby se motor do otvoru zasunul celý a přišel tak o možnost vykonávat svůj rotační pohyb.

Samotný motor je poháněný světelným zářením. „Palivem tohoto motoru je světlo o určité vlnové délce. Ozářením molekuly dojde k částečnému otočení rotoru, který se pak sám následně dotočí. Dalším ozářením začne druhý cyklus a takto můžeme pokračovat libovolně dlouho. Každé ozáření vyvolá jednu rotaci stejně jako vstřik benzínu do válce zážehového motoru,“ říká Jiří Kaleta.

Zkoumání a vývoj molekulárních motorů je stále na začátku a ve fázi základního výzkumu, nicméně skýtá v sobě velký potenciál a poutá k sobě značnou pozornost, jak dokazuje i loňská Nobelova cena za chemii udělená právě za výzkum v této oblasti. Objev vědců z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR a jejich zahraničních kolegů ukazuje možnost, jak postoupit od práce s jednotlivými molekulárními motory k organizovaným uskupením milionů či miliard motorů s mnohonásobně zesíleným účinkem.

Do budoucna výzkum slibuje změny od medicíny až po elektroniku.

 

Připravil: Vlaďka Coufalová, Odbor mediální komunikace AV ČR z podkladů Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR
Foto a video: Ústav organické chemie a biochemie AV ČR