In de afgelopen decennia hebben onderzoekers minuscule moleculaire machines gebouwd die andere moleculen roteren of pendelen. Het is echter moeilijk om het mechanische werk en de krachten te bepalen die deze kleine constructies produceren, wat belangrijk is bij gebruik als nanorobots of in kunstmatige spieren. Nu, in het Journal of the American Chemical Society , rapporteren onderzoekers moleculaire motoren die draaien en losdraaien als zweefmolenspeelgoed, waardoor de energie en het koppel van hun rotaties kunnen worden gemeten.

De natuur maakt al een verscheidenheid aan moleculaire machines, of het nu gaat om de haarachtige flagella die bacteriën voortstuwen of in het roterende enzym dat de energie-opslaande verbinding adenosinetrifosfaat (ATP) produceert. Onderzoekers hebben hun eigen versies gemaakt met als doel ze te gebruiken als transporteurs of pompen, of om materialen te maken die mechanische energie kunnen opslaan en vrijgeven. Hoewel er nu veel ontwerpen bestaan, blijft het moeilijk om ze te ontwerpen voor repetitieve rotaties en om te meten hoeveel werk - of kracht die over een afstand wordt uitgeoefend - ze kunnen uitoefenen. Dus gingen Nicolas Giuseppone en collega's aan de slag om moleculaire machines te bouwen met omkeerbare cyclische beweging die hen in staat zouden stellen om precies dat te doen.

De onderzoekers construeerden een achtvormige moleculaire machine met een roterende motor in het midden en een polymeerketen in elk van de twee lussen. Ultraviolet licht activeerde de rotatie op het snijpunt van de acht en zorgde ervoor dat de lussen een, twee of drie keer om elkaar heen draaiden. Toen het licht uit was, werden de machines met kleinere lussen geleidelijk afgewikkeld om de spanning te verlichten, net als het afwikkelen van een zweefmolen. De onderzoekers voerden vervolgens twist-untwist-experimenten uit bij verschillende temperaturen om de arbeid, kracht en koppel te berekenen. De draaimolen oefende een soortgelijk koppel uit als het bekende enzym dat ATP produceert, waardoor een veelbelovende blik werd geworpen op de mechanische energie die door deze minuscule machines zou kunnen worden opgeslagen en vrijgegeven. + Verder verkennen

Experimenten met één molecuul onthullen het krachtvermogen van kunstmatige moleculaire motoren