Descrizione del progetto
Un quadro molecolare della rottura e della riformazione di legami chimici indotte per via meccanica
La spettroscopia di forza di singola molecola consente di sondare processi molecolari applicando forze meccaniche. Esperimenti di tal genere hanno fornito intuizioni senza precedenti sulla struttura e sulla funzione dei sistemi biologici, tra cui DNA e proteine. Ciononostante, questa tecnica è tuttora poco sfruttata nella chimica a causa delle piccole dimensioni che caratterizzano gli oggetti sintetici. La capacità di sollecitare una molecola alla volta consentirebbe di migliorare la comprensione fondamentale dei legami chimici, contribuendo a fornire indizi per stabilire alcune loro proprietà, quali stabilità meccanica, reversibilità e ciclo vitale in presenza di carico meccanico. I ricercatori attivi nel progetto ChemForce, finanziato dall’UE, sintetizzeranno e sonderanno legami chimici vincolati in varie geometrie e diversi ambienti per sviluppare successivamente nuovi approcci alla spettroscopia di forza di singola molecola, con l’obiettivo di sondare la riformazione dei legami in seguito alla loro rottura. La ricerca svolta nell’ambito del progetto fornirà la chiave per lo sviluppo di materiali autorigeneranti più efficaci.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
Programma(i)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
HORIZON-AG - HORIZON Action Grant Budget-BasedIstituzione ospitante
4000 Liege
Belgio