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Mechanized Molecules

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Molecole meccanizzate sotto carico

Nel corso del progetto MECHMOL una nuova classe di molecole con componenti mobili è stata trasformata in film sottili altamente ordinati da usare per la costruzione futura di macchine molecolari sintetiche.

Tecnologie industriali

I componenti delle macchine, come rotelle dentate, volani o pistoni, non si muovono senza che venga loro applicata una forza. Le molecole, invece, sono in costante movimento. I partner del progetto MECHMOL hanno scoperto un metodo per rettificare il moto casuale nel mondo molecolare per generare una forza direzionale ed effettuare compiti macroscopici. Lo hanno fatto in modo così efficace che il sistema molecolare sintetico sviluppato è in grado di trasportare oggetti molto più grandi di sé. Il moto relativo reciproco dei costituenti di rotassani e catenani rappresentava la soluzione per eseguire un compito ben definito e un lavoro misurabile con questo shuttle molecolare. Rotassani e catenani appartengono ad una nuova classe di molecole composte da molecole più piccole, che non sono connesse tramite legami chimici e che si possono quindi muovere in modo indipendente. Nello specifico, i catenani sono fondamentalmente costituiti da macrocicli collegati. Nel caso dei rotassani, il macrociclo è agganciato ad un filo lineare con capsule voluminose ad entrambe le estremità. Il macrociclo dei rotassani contiene gruppi di piridina che consentono di innestare lo shuttle molecolare su un monostrato autoassemblato e ben ordinato di 11 acidi mercaptoundecanoici depositati su un substrato d'oro. Il monostrato ordinato ottenuto e i film multistrato sono stati caratterizzati con spettroscopia di fotoemissione a raggi X e con microscopia a scansione a effetto tunnel. Ogni tecnica ha confermato la copertura completa e uniforme del monostrato autoassemblato da parte dei film sottili di molecole di rotassani con l'asse lungo del loro filo lineare parallelo al substrato d'oro. Il trasporto di goccioline di liquido sulla superficie molecolare fotoreattiva, se esposta a luce ultravioletta, ha fornito le prove che i macrocicli di molecole di rotassani cambiavano posizione. La luce veniva considerata la causa delle reazioni chimiche, che a loro volta provocavano cambiamenti nella posizione delle singole molecole. Il loro moto collettivo alla fine è riuscito a trasportare una gocciolina di liquido su una lunghezza superiore di un milione di volte alla modifica iniziale della conformazione delle molecole di rotassani. In questo processo, la superficie fotoreattiva dei rotassani commutabili fungeva da shuttle molecolare, che si può usare per consegnare gli analiti in un ambiente lab-on-a-chip e in altre applicazioni.

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