據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，一段時(shí)間以來，由光控制運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)一直是研究的熱門主題，在合成機(jī)械系統(tǒng)和納米活化方面具有潛在的應(yīng)用。

旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)的多功能性導(dǎo)致了器件設(shè)計(jì)和供能的不同方法。維爾茨堡大學(xué)（University of Würzburg）的一項(xiàng)研究案例涉及構(gòu)建微米級(jí)機(jī)械系統(tǒng)，其中嵌入了多達(dá)四個(gè)可獨(dú)立尋址的納米分子馬達(dá)，類似于空中無人機(jī)上的轉(zhuǎn)子。

在生物系統(tǒng)或血管內(nèi)使用這種微型機(jī)械系統(tǒng)自然很有吸引力，但迄今為止，由于光對(duì)許多有機(jī)組織的穿透有限，并且難以追蹤分子馬達(dá)在它們運(yùn)動(dòng)時(shí)的實(shí)際位置，因此光驅(qū)動(dòng)分子馬達(dá)的適用性一直受到阻礙。

格羅寧根大學(xué)（University of Groningen）的一個(gè)研究項(xiàng)目現(xiàn)在已經(jīng)構(gòu)建了一種光驅(qū)動(dòng)分子馬達(dá)，其中光刺激不僅產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，還產(chǎn)生熒光，在單個(gè)分子中結(jié)合了兩種光介導(dǎo)的功能。這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在Science Advances和Nature Communications期刊上。

實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和熒光兩種功能的旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)

根據(jù)格羅寧根大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的說法，通常，上述兩個(gè)光化學(xué)事件（光刺激產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)和熒光）在同一個(gè)分子中是不相容的——光驅(qū)動(dòng)分子馬達(dá)在運(yùn)動(dòng)時(shí)就沒有熒光功能，或者產(chǎn)生熒光時(shí)就無法運(yùn)動(dòng)。

“在過去幾十年成功設(shè)計(jì)分子馬達(dá)之后，下一個(gè)重要目標(biāo)是使用此類分子馬達(dá)控制各種功能和特性?！币蜷_發(fā)分子馬達(dá)而獲得2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的格羅寧根大學(xué)教授Ben Feringa說，“由于這是光驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，因此設(shè)計(jì)一個(gè)除了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之外還具有由光能控制的另一個(gè)功能的系統(tǒng)尤其具有挑戰(zhàn)性?！?/p>

多功能馬達(dá)的多種用途

格羅寧根大學(xué)的研究項(xiàng)目針對(duì)該問題開發(fā)了兩種解決方案。一種方案是將光致發(fā)光染料化學(xué)附著在垂直于馬達(dá)上部的分子結(jié)構(gòu)上，影響分子系統(tǒng)的共軛是防止兩種功能相互阻斷，從而同時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和熒光發(fā)光的方式。

這具有額外的優(yōu)勢(shì)，即改變所使用的溶劑環(huán)境可以改變兩種功能之間的平衡，從而有效地使馬達(dá)對(duì)其周圍環(huán)境敏感。

另一種方案是基于由雙光子吸收驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)有馬達(dá)設(shè)計(jì)，其中光敏分子天線收集入射的紅外光子以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。對(duì)天線的修改使其具有兩種激發(fā)態(tài)，一種是其能量被轉(zhuǎn)移到馬達(dá)，另一種是分子通過熒光發(fā)光。

格羅寧根大學(xué)的研究代表了第一種具有旋轉(zhuǎn)和長(zhǎng)壽命光致發(fā)光雙重功能的人工分子馬達(dá)，這種組合可以擴(kuò)大該技術(shù)的潛在應(yīng)用。

“這是非常強(qiáng)大的方案，我們可能會(huì)應(yīng)用它來展示這些分子馬達(dá)如何穿過細(xì)胞膜或在細(xì)胞內(nèi)移動(dòng)，因?yàn)闊晒馐且环N廣泛使用的技術(shù)，可以顯示分子在細(xì)胞中的位置。”Ben Feringa評(píng)論道，“我們還可以用它來追蹤光驅(qū)動(dòng)馬達(dá)引起的運(yùn)動(dòng)，或在納米尺度上追蹤分子馬達(dá)誘導(dǎo)的運(yùn)輸。這都是后續(xù)研究的一部分?！?/p>

審核編輯：劉清