Un team di chimici della LMU ha accoppiato con successo il movimento diretto di un motore molecolare attivato dalla luce a una diversa unità chimica, compiendo così un passo importante verso la realizzazione di nanomacchine sintetiche.

I motori molecolari sono composti chimici che convertono l'energia in movimenti diretti. Per esempio, è possibile far ruotare in modo unidirezionale un sostituente attaccato a uno specifico legame chimico quando esposto alla luce di una certa lunghezza d'onda. Molecole di questo tipo sono quindi di grande interesse come unità propulsive per nanomacchine. Però, per svolgere un lavoro utile, questi motori devono essere integrati in insiemi più grandi in modo tale che i loro movimenti meccanici possano essere efficacemente accoppiati ad altre unità molecolari. Finora, questo obiettivo è rimasto fuori portata. Il chimico della LMU, il dottor Henry Dube, è un noto specialista nel campo dei motori molecolari. Ora lui e il suo team hanno compiuto un passo importante verso il raggiungimento di questo obiettivo. Come riportano nella rinomata rivista Angewandte Chemie , sono riusciti ad accoppiare il moto unidirezionale di un motore chimico ad un'unità ricevente, e ha dimostrato che il motore non solo può far ruotare il ricevitore nella stessa direzione, ma allo stesso tempo accelera notevolmente la sua rotazione.

Il motore molecolare nella configurazione di Dube si basa sulla molecola emitioindigo, che contiene un doppio legame carbonioso mobile (-C=C-). Quando il composto è esposto alla luce di una specifica lunghezza d'onda, questo legame ruota unidirezionalmente. "In un documento pubblicato nel 2018, siamo stati in grado di dimostrare che questa rotazione direzionale del doppio legame potrebbe essere trasmessa per mezzo di un "cavo" molecolare alla rotazione del singolo legame di carbonio di un'unità molecolare secondaria." dice Dube. "Questo singolo legame stesso ruota casualmente sotto l'influenza della temperatura fluttuazioni. Ma, grazie all'accoppiamento fisico tra di loro, il moto unidirezionale del motore azionato dalla luce viene trasmesso al singolo legame, che è costretto a ruotare nella stessa direzione."

Per verificare che il legame "motorizzato" guidasse attivamente il movimento del singolo legame, e non semplicemente distorcendo il suo senso di rotazione, Dube e colleghi hanno aggiunto un freno al sistema che ha ridotto il movimento termico del singolo legame. La modifica garantiva che il motore avrebbe dovuto consumare energia per superare l'effetto del freno al fine di far ruotare il singolo legame. "Questo esperimento ci ha permesso di confermare che il motore determina davvero la velocità di rotazione del singolo legame e in effetti lo aumenta di diversi ordini di grandezza, "Spiega Dube.

Presi insieme, questi risultati forniscono informazioni dettagliate senza precedenti sulla modalità di funzionamento di una macchina molecolare integrata. Inoltre, il setup sperimentale ha permesso agli autori di quantificare l'energia potenziale disponibile per guidare il lavoro utile, fornendo così la prima indicazione di quanto lavoro può essere effettivamente svolto da un singolo motore molecolare in condizioni realistiche. "La nostra prossima sfida sarà dimostrare che l'energia trasmessa in questo sistema può essere effettivamente utilizzata per svolgere un lavoro utile su scala molecolare, "dice Dube.