motori molecolari, che ruotano unidirezionalmente in risposta a un input energetico esterno, costituiscono un'importante classe di componenti per future applicazioni nel campo delle nanotecnologie. Molecole la cui struttura e conformazione spaziale possono essere alterate dalla luce sono candidati particolarmente promettenti per questo compito. Però, tutti i motori molecolari azionati dalla luce fin qui descritti dipendono da reazioni che richiedono l'apporto di calore e dipendono quindi da una certa temperatura ambiente minima. Il chimico della LMU Henry Dube ha ora ottenuto una svolta decisiva in questo senso. Insieme al suo allievo Aaron Gerwien, ha sviluppato il primo motore molecolare che ruota solo per esposizione alla luce, indipendentemente dalla temperatura. Non solo il suo funzionamento non è condizionato a una temperatura minima specifica, ma ruota più velocemente a temperature più basse. Questa caratteristica unica della nuova molecola potrebbe ampliare significativamente la gamma di applicazioni disponibili per le future nanomacchine. I ricercatori della LMU hanno appena riportato i loro risultati nel Giornale della Società Chimica Americana .

La proprietà essenziale che trasforma una sostanza chimica sintetica in un motore rotativo molecolare è che una fonte di energia esterna può far ruotare in modo unidirezionale alcuni componenti della molecola. Ogni rotazione di 360° avviene in passi discreti come il ticchettio di una lancetta di un orologio. La parte difficile è assicurarsi che ogni passo in avanti non vada in retromarcia. Tutti i motori molecolari finora descritti hanno utilizzato quello che viene chiamato meccanismo a cricchetto per prevenire tali inversioni. L'idea è che dopo ogni passo in avanti un passo a cricchetto alteri la configurazione della molecola in modo tale da inibire stericamente la reazione inversa. I cambiamenti conformazionali necessari per ottenere ciò sono normalmente indotti dal calore. Di conseguenza, la velocità di rotazione dipende dalla temperatura ambiente, e al di sotto di una certa temperatura minima il movimento cessa.

Come i precedenti sistemi motori sviluppati da Dube e dai suoi colleghi, il nuovo motore si basa su una sostanza organica chiamata emitioindigo. Questa molecola è composta da due diversi scheletri di carbonio, che sono collegati da un doppio legame mobile. "Siamo riusciti a modificare la molecola in modo tale che una rotazione completa di uno dei moduli strutturali rispetto all'altro richieda solo tre fasi di reazione, " dice Dube. Ogni passo di rotazione è attivato dalla luce visibile e non c'è bisogno di intermedi, gradini a cricchetto azionati termicamente. Infatti, tutti e tre i passaggi coinvolti nella rotazione completa sono promossi da una riduzione della temperatura, in modo che la velocità di rotazione delle nuove molecole aumenti effettivamente a temperature più basse. "Ogni fase di rotazione è composta da tre diverse fotoreazioni, due delle quali abbiamo dimostrato sperimentalmente direttamente per la prima volta solo quest'anno, " spiega Dube. I ricercatori sono fiduciosi che il nuovo meccanismo di guida del loro motore e il comportamento unico renderanno possibile in un futuro non troppo lontano per i ricercatori di sintetizzare macchine molecolari che, grazie alla loro relativa insensibilità alla precisa temperatura ambientale, consentirà applicazioni uniche non possibili con motori finora noti.