Opis projektu
Molekularny obraz mechanicznie indukowanego przerwania i rekonstrukcji wiązań chemicznych
Spektroskopia siłowa pojedynczych cząsteczek (ang. single-molecule force spectroscopy, SMFS) umożliwia badanie procesów molekularnych poprzez zastosowanie sił mechanicznych. Tego rodzaju eksperymenty dostarczyły zupełnie nowych informacji na temat budowy i funkcji układów biologicznych, w tym DNA i białek. Zastosowanie tej techniki w dziedzinie chemii wciąż jest jednak niewystarczające z uwagi na niewielkie rozmiary obiektów syntetycznych. Możliwość obciążania jednej cząsteczki na raz pozwoliłoby znacząco pogłębić naszą wiedzę na temat wiązań chemicznych i udzielić odpowiedzi na pytania o ich mechaniczną stabilność, odwracalność i żywotność w warunkach mechanicznego obciążenia. Badacze uczestniczący w finansowanym ze środków UE projekcie ChemForce zsyntetyzują i zbadają wiązania chemiczne w różnych geometriach i środowiskach oraz opracują nowe podejścia z zakresu SMFS do analizy rekonstrukcji wiązań po ich zerwaniu. Wyniki projektu mogą przyczynić się do opracowania bardziej wydajnych samoregenerujących się materiałów.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Program(-y)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Temat(-y)
System finansowania
HORIZON-AG - HORIZON Action Grant Budget-BasedInstytucja przyjmująca
4000 Liege
Belgia