Descripción del proyecto
Una perspectiva molecular de la ruptura y reformación mecánica de enlaces químicos
La espectroscopia de fuerzas de molécula única permite estudiar procesos moleculares mediante la aplicación de fuerzas mecánicas. Los experimentos con esta técnica han proporcionado conocimientos sin parangón sobre la estructura y función de los sistemas biológicos como, por ejemplo, el ADN y las proteínas. Sin embargo, la técnica sigue siendo infrautilizada en la química debido al pequeño tamaño de los objetos sintéticos. La capacidad para ejercer una tensión mecánica sobre una molécula individual mejoraría la comprensión básica de los enlaces químicos, al permitir abordar preguntas abiertas relacionadas con su estabilidad mecánica, reversibilidad y vida útil bajo una carga mecánica. Los investigadores del proyecto ChemForce, financiado con fondos europeos, sinterizarán y estudiarán enlaces químicos unidos en varias geometrías y entornos. También desarrollarán nuevos enfoques para espectroscopia de fuerzas de molécula única a fin de examinar la nueva formación de enlaces tras su ruptura. La investigación del proyecto podría proporcionar la clave para crear materiales autorreparables más eficaces.
Objetivo
During the last three decades, physicists and biophysicists have largely exploited single-molecule force spectroscopy (SMFS) to advance many fields of physics, nanotechnology, and biology. The ability to probe one molecule at a time allows us to ask and answer questions that are impossible, or extremely difficult, to approach by ensemble techniques.
Chemists did not fall into steps behind physicists and biologists and have benefited little from the advent of SMFS. The mechanics of bonds, which is still in its infancy, could largely benefit from SMFS. A big question like how forces and chemistry affect each other? merits special attention. Major questions, especially concerning the mechanical reversibility of bonds and bond lifetime under tension, could be elucidated.
Over the last years, my group has acquired the needed expertise and has developed a range of pioneering SMFS approaches that now allow us to tackle this big question requiring a considerable joint effort between synthetic chemists, chemical physicists and engineers. The extreme difficulty to probe bond reformation after its rupture has been a major failure of SMFS for the last 25 years. We propose here to solve this problem and adapt SMFS to obtain a detailed picture of the mechanics and reversibility of bonds. We will design, synthesize and probe a series of supramolecular and (dynamic) covalent tethered bonds in various geometries and chemical environments. The tethered structure will ensure that the partners of the bond stay in close proximity after being broken open, leaving the possibility of rebinding. This will offer remarkable opportunities to investigate in detail how mechanical forces and proximity can trigger chemical reactions.
If we wish to gain a deeper understanding of how forces and chemistry affect each other and open new possibilities for chemical synthesis and materials science, the development of SMFS adapted to detailed chemistry investigations remains a frontier to be conquered.
Ámbito científico
Programa(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Régimen de financiación
HORIZON-AG - HORIZON Action Grant Budget-BasedInstitución de acogida
4000 Liege
Bélgica