实时•全面•专业

Prompt•Overall•Professional

学术研究

战略动态 > 学术研究

法国国家科学研究中心(CNRS)开发出可双向工作的复杂分子机器

2017-03-24 280浏览 标签: 法国分子机器

2017320日,法国研究团队开发出复杂的分子机器,可以双向工作。

获得了2016年诺贝尔化学奖的纳米机器可以在小尺度上开展机械工作。然而在如此小的尺度上,分子马达只能在一个方向上完成此项工作。来自法国国家科学研究中心(CNRSCharles Sadron研究所,由Nicolas Giuseppone教授带领的研究团队与奥赛数学实验室合作,成功开发了更复杂的分子机器,不仅可以在一个方向上工作,还可以在反方向工作。此系统可以被精准的控制,像工具箱一样。此项研究成果于2017320日发表于《自然纳米技术》杂志。

分子马达可以使用外部能源(比如化学能源或光源)与布朗运动结合产生周期性机械运动。然而,纳米马达在所有方向都是暴露于分子碰撞中的,这使得完成定向、有用的机械工作变得很复杂。二十一世纪的首个分子马达使用的是布朗棘轮(Brownian ratchet)原理,它就像一个齿轮上防止机械装置倒退的缺口,使马达只能在一个方向上发挥作用,不支持改变方向。

因此,该研究团队开始试图寻找一个可以调转这种运动的解决方案,它们通过聚合物链(传输亚单元)将分子马达与分子调节器(控制亚单元)结合起来。该研究团队还建立了一个数学模型来理解此系统的性能。

当暴露于紫外线照射下,分子马达会调转方向而分子调节器保持不动。连接它们的聚合物链绕着自己旋转,由于它是扭曲的,可以像橡皮筋一样收缩。这一现象可以在宏观尺度上观察到。

当暴露在可见光下时,分子马达停止而调制器被激活。机械能存储于聚合物中,随后朝着与初始运动方向相反的方向旋转调制器,材料在这种情况下是被拉伸延长的。

更壮观的是,研究人员能够证明可以通过将可见光和紫外线照射相结合,精准调节该纳米机器工作的速度,就像一个通过调节分子马达和调节器之间的频率来工作的工具箱。该研究团队现在正在尝试使用此研究成果来开发光机械器件(photomechanical devices),光机械器件通过光来控制机械工作。

 

:通过聚合物链(用线表示)将马达(红色和蓝色)和控制器(绿色和紫色)结合的纳米机器

留言(0)