Projektbeschreibung
Grundlagen für den Bereich der supramolekularen Maschinen schaffen
Neue molekulare Schaltarchitekturen heben die von der Natur inspirierten künstlichen molekularen Maschinen, die wesentliche Bewegungsfaktoren in lebenden Organismen kopieren, auf ein höheres Niveau. Dies wird es Forschenden ermöglichen, diesen Systemen unvorhersehbare Möglichkeiten hinzuzufügen und künstlichen molekularen Maschinen neue Funktionen zu verleihen. Allerdings ist noch eine gut konzipierte Kette molekularer Wechselwirkungen erforderlich, um Bewegungen auf molekularer Ebene (die normalerweise auf der Sub-Nanometer-Ebene induziert werden) in Effekte umzuwandeln, die auf Mikro- und Makroebene gemessen und verwendet werden können. Um dies zu erreichen, wird das EU-finanzierte Projekt MechanoTubes die Funktionsprinzipien von Mikrotubuli nutzen, um molekulare Photoschalter in supramolekularen Röhren zu integrieren und ein kontrolliertes Wachstum bzw. den kontrollierten Abbau der Röhren unter Verwendung von Licht als Energieeintrag zu ermöglichen. Dieses Projekt schafft die Grundlagen für den Bereich der supramolekularen Maschinen, die im Nanobereich und darüber hinaus arbeiten werden.
Ziel
Artificial molecular motors and switches have the potential to become a core part of nanotechnology. However, a wide gap in length scales still remains unaccounted for, between the operation of these molecules in solution, where their individual mechanical action is randomly dispersed in the Brownian storm, and on the other hand their action at the macroscopic level, e.g. in polymer networks and crystals.
This proposal is about bridging this gap, by developing chemo-mechanical transduction strategies that will allow dynamic molecules to perform a range of unprecedented tasks, e.g. by generating strong directional forces at the nanoscale, and through shape-shifting microscopic formations.
This project aims to harness the mechanically-purposeful motion of dynamic molecules as to generate measurable forces from the nanoscale, and ultimately establish operational principles for chemo-mechanical transduction in supramolecular systems.
In my wholly synthetic approach, I draw inspiration from the operational principles of microtubules. I will incorporate molecular photo-switches into supramolecular tubes, and enable the controlled growth and disassembly of the tubes by using light as the energy input. Thus, I will: (i) Synthesize stiff supramolecular tubes that grow actively under continuous illumination, and disassemble with a power stroke as soon as illumination stops; (ii) Measure, and harvest the forces generated by the tubes to manipulate individual nanoparticles with a sense of directionality; and (iii) Encapsulate the tubes into water droplets and vesicles, to yield shape-shifting, and eventually rudimentary splitting models for cells.
This project reaches beyond the state of the art in adaptive molecular nano-systems, by pioneering strategies to engineer and harness strain in supramolecular assemblies. It thus lays the foundations for machineries that are capable of manipulating matter at length scales that are also those at which the cytoskeleton operates.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
9712CP Groningen
Niederlande