光驅(qū)動分子馬達的多種用途介紹

據(jù)麥姆斯咨詢報道，一段時間以來，由光控制運動的旋轉(zhuǎn)分子馬達一直是研究的熱門主題，在合成機械系統(tǒng)和納米活化方面具有潛在的應用。

旋轉(zhuǎn)分子馬達的多功能性導致了器件設計和供能的不同方法。維爾茨堡大學（University of Würzburg）的一項研究案例涉及構(gòu)建微米級機械系統(tǒng)，其中嵌入了多達四個可獨立尋址的納米分子馬達，類似于空中無人機上的轉(zhuǎn)子。

在生物系統(tǒng)或血管內(nèi)使用這種微型機械系統(tǒng)自然很有吸引力，但迄今為止，由于光對許多有機組織的穿透有限，并且難以追蹤分子馬達在它們運動時的實際位置，因此光驅(qū)動分子馬達的適用性一直受到阻礙。

格羅寧根大學（University of Groningen）的一個研究項目現(xiàn)在已經(jīng)構(gòu)建了一種光驅(qū)動分子馬達，其中光刺激不僅產(chǎn)生運動，還產(chǎn)生熒光，在單個分子中結(jié)合了兩種光介導的功能。這項研究結(jié)果發(fā)表在Science Advances和Nature Communications期刊上。

實現(xiàn)運動和熒光兩種功能的旋轉(zhuǎn)分子馬達

根據(jù)格羅寧根大學研究團隊的說法，通常，上述兩個光化學事件（光刺激產(chǎn)生運動和熒光）在同一個分子中是不相容的——光驅(qū)動分子馬達在運動時就沒有熒光功能，或者產(chǎn)生熒光時就無法運動。

“在過去幾十年成功設計分子馬達之后，下一個重要目標是使用此類分子馬達控制各種功能和特性?！币蜷_發(fā)分子馬達而獲得2016年諾貝爾化學獎的格羅寧根大學教授Ben Feringa說，“由于這是光驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)馬達，因此設計一個除了旋轉(zhuǎn)運動之外還具有由光能控制的另一個功能的系統(tǒng)尤其具有挑戰(zhàn)性。”

多功能馬達的多種用途

格羅寧根大學的研究項目針對該問題開發(fā)了兩種解決方案。一種方案是將光致發(fā)光染料化學附著在垂直于馬達上部的分子結(jié)構(gòu)上，影響分子系統(tǒng)的共軛是防止兩種功能相互阻斷，從而同時發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動和熒光發(fā)光的方式。

這具有額外的優(yōu)勢，即改變所使用的溶劑環(huán)境可以改變兩種功能之間的平衡，從而有效地使馬達對其周圍環(huán)境敏感。

另一種方案是基于由雙光子吸收驅(qū)動的現(xiàn)有馬達設計，其中光敏分子天線收集入射的紅外光子以驅(qū)動馬達。對天線的修改使其具有兩種激發(fā)態(tài)，一種是其能量被轉(zhuǎn)移到馬達，另一種是分子通過熒光發(fā)光。

格羅寧根大學的研究代表了第一種具有旋轉(zhuǎn)和長壽命光致發(fā)光雙重功能的人工分子馬達，這種組合可以擴大該技術(shù)的潛在應用。

“這是非常強大的方案，我們可能會應用它來展示這些分子馬達如何穿過細胞膜或在細胞內(nèi)移動，因為熒光是一種廣泛使用的技術(shù)，可以顯示分子在細胞中的位置。”Ben Feringa評論道，“我們還可以用它來追蹤光驅(qū)動馬達引起的運動，或在納米尺度上追蹤分子馬達誘導的運輸。這都是后續(xù)研究的一部分?！?/p>

審核編輯：劉清