Dynamik des lichtgetriebenen Molekularmotors wird erforscht
Molekulare Motoren sind künstliche Nanomaschinen, die sich dann drehen, wenn sie mit chemischen oder Lichtenergie versorgt werden. Auf den Eintrag von Energie hin durchläuft das Molekül eine Konformationsänderung, die zur unidirektionalen Drehung von einem Teil des Moleküls (Rotors) in Bezug auf einen anderen führt. Das EU-finanzierte Projekt MOLMOTDYN (Understanding the dynamics behind the photoisomerization of light-driven molecular rotary motors and switches) untersuchte die Dynamik von lichtgetriebenen molekularen Rotationsmotoren. Insbesondere wollten die Forscher die Ausgangsleistung steigern, indem sie mehrere Molekularmotoreinheiten innerhalb eines einzelnen molekularen Bauelements kombinierten. Das Gebiet des Entwerfens und Bauens von künstlichen molekularen Maschinen steckt immer noch in den Kinderschuhen. Um bessere molekulare Bauelemente für spezielle Funktionen zu entwerfen, müssen die Wissenschaftler zu einem umfassenden Verständnis dafür gelangen, wie die chemischen Reaktionen funktionieren. MOLMOTDYN nutzte computergestützte Instrumente, um die Atombewegungen zu simulieren und die Mechanik der lichtgetriebenen molekularen Funktionseinheiten zu modellieren. Mit Hilfe dieser Informationen entwickelten die Forscher Modelle für zwei neue Klassen lichtgetriebener molekularer Bauelemente mit verbesserter Quanteneffizienz. Deren Hauptneuerung bestand darin, eine ineffiziente Art der Bewegung, wie sie für frühere Modelle typisch war, durch eine reine Rotation um eine Achse zu ersetzen. Man schuf außerdem ein Mittel zum Screenen potenzieller Moleküle, die zur axialen Rotation innerhalb molekularlichtgetriebener Bauelemente geeignet sind. Die Forscher haben nun bereits damit begonnen, Molekularmotoren auf Grundlage ihrer theoretischen Modelle zu bauen. In Vorversuchen im Labor bestätigte sich ihre Funktionsfähigkeit. Sie suchen überdies nach Möglichkeiten, um die Motoreinheiten auf geeigneten Substraten wie den Oberflächen leitender oder isolierender Materialien oder auch Biopolymersubstraten zu verankern. Die Durchbrüche von MOLMOTDYN werden die Chemiker in die Lage versetzen, lichtgetriebene Molekularmotoren und für eine Vielzahl von Anwendungen geeignete Schalter zu entwickeln. Außerdem erweitern die im Lauf des Projekts entwickelten computergestützten Rechenwerkzeuge die Befähigungen der Forscher zur Erkundung sich neu formierender Konzepte in der Quantenchemie.
Schlüsselbegriffe
lichtgetrieben, molekularer Motor, Molekularmotor, Quantenchemie, molekulare Rotationsmotoren, axiale Rotation
