Dynamika napędzanych światłem silników molekularnych
Silniki molekularne to sztuczne nanomaszyny, które obracają się pod wpływem energii chemicznej lub światła. Po wystawieniu na działanie energii cząsteczka przechodzi zmianę konformacyjną, która powoduje jednokierunkowy obrót jednej części cząsteczki (wirnik) względem drugiej. W ramach finansowanego ze środków UE projektu MOLMOTDYN (Understanding the dynamics behind the photoisomerization of light-driven molecular rotary motors and switches) badano dynamikę napędzanych światłem molekularnych silników obrotowych. Uczeni chcieli w szczególności zwiększyć moc silnika, łącząc kilka modułów silnika molekularnego w ramach jednego urządzenia molekularnego. Dziedzina budowy sztucznych maszyn molekularnych jest wciąż w powijakach. Aby zaprojektować udoskonalone urządzenia molekularne o określonych funkcjach, naukowcy muszą dokładnie rozumieć, jak działają reakcje chemiczne. W projekcie MOLMOTDYN wykorzystano narzędzia obliczeniowe, które pozwoliły na symulowanie mechaniki napędzanych światłym urządzeń molekularnych. W oparciu o te informacje uczeni opracowali modele dla dwóch klas takich urządzeń, cechujących się zwiększoną wydajnością kwantową. Nowatorstwo tego rozwiązania polega przede wszystkim na zastąpieniu nieefektywnego rodzaju ruchu typowego dla wcześniejszych modeli czystym obrotem wokół osi. Umożliwiło to także badanie przesiewowe potencjalnych cząsteczek, które mogłyby zapewniać ruch wokół osi w napędzanych światłem urządzeniach molekularnych. Naukowcy rozpoczęli budowę silników molekularnych w oparciu o przygotowane wcześniej modele teoretyczne i sprawdzili ich działanie w testach laboratoryjnych. Projektują także metody kotwienia modułów silnika na odpowiednich podłożach, takich jak powierzchnie materiałów przewodzących lub izolacyjnych czy też podłoża biopolimerowe. Przełomowe prace prowadzone w ramach inicjatywy MOLMOTDYN pozwolą chemikom na projektowanie silników i przełączników molekularnych o różnorodnych zastosowaniach. Ponadto opracowane narzędzia obliczeniowe pomogą w badaniu nowych koncepcji z dziedziny chemii kwantowej.
Słowa kluczowe
Napędzane światłem, silnik molekularny, chemia kwantowa, molekularny silnik obrotowy, obrót wokół osi
