Uno studio pubblicato su Chemistry—A European Journal presenta una progettazione dimostrativa di motori molecolari.

"I motori molecolari artificiali sono molecole che assorbono la luce da una fonte esterna, come la luce solare, e convertono l'energia della luce in energia cinetica", afferma Bo Durbeej, professore all'Università di Linköping (LiU), che ha guidato lo studio.

I "motori molecolari" possono sembrare fantascienza, ma nel corpo ci sono molti motori molecolari biologici che muovono i muscoli e trasportano le sostanze all'interno delle cellule. I ricercatori di chimica e nanotecnologia mirano da tempo a sviluppare motori molecolari artificiali, che potrebbero essere utili in diversi settori in futuro. Le possibili applicazioni includono il loro utilizzo per fornire farmaci nel punto giusto del corpo o per immagazzinare energia solare.

Ma un motore da solo non basta. Un'auto che avesse solo un motore o un motore ma senza ruote non andrebbe lontano. La potenza del motore deve essere trasferita alle ruote, nel caso dell'auto, e ciò avviene tramite un cambio. Allo stesso modo, il prossimo passo in questo campo di ricerca sarà costruire ingranaggi molecolari in grado di trasferire l’energia cinetica da una parte all’altra di una molecola. Le applicazioni future dipendono dalla possibilità di utilizzare il movimento in un luogo diverso da quello in cui è stato creato.

"Molti scienziati hanno cercato a lungo di costruire ingranaggi molecolari. Abbiamo sviluppato un principio di progettazione su come trasferire il movimento rotatorio a un'altra parte di un sistema molecolare e avere il controllo completo sulla direzione di rotazione. I progetti precedenti non sono stati in grado di controllare il movimento rotatorio", afferma Bo Durbeej.

Una delle sfide principali nello sviluppo di un fotoingranaggio molecolare è che la parte che si desidera ruotare, l'"elica", è attaccata al resto della molecola tramite un singolo legame. I singoli legami ruotano molto facilmente, rendendo difficile il controllo della direzionalità. Ma i ricercatori di LiU sono ora riusciti a risolvere questo problema trovando una combinazione funzionale di diversi fattori, tra cui la distanza tra l'elica e la parte della molecola che costituisce il "motore" stesso.

I ricercatori hanno confermato che il loro progetto funziona eseguendo calcoli e simulazioni computerizzate avanzate sui supercomputer presso il Centro nazionale dei supercomputer di Linköping, forniti dall'Infrastruttura nazionale svedese per l'informatica, SNIC, e dall'Infrastruttura accademica nazionale per i supercalcoli in Svezia, NAISS.

"Ora abbiamo dimostrato che il nostro principio di progettazione funziona. Il passo successivo è sviluppare fotoingranaggi molecolari che siano il più facili possibile da sintetizzare", afferma Durbeej.

Ulteriori informazioni: Enrique M. Arpa et al, A Proof-of-Principle Design for Through-Space Transmission of Unidiretional Rotary Motion by Molecular Photogears**, Chemistry—A European Journal (2023). DOI:10.1002/chem.202303191

Informazioni sul giornale: Chimica – Una rivista europea

Fornito dall'Università di Linköping