纳米级机器:用于传递旋转力的分子级齿轮训练

星形分子作为齿轮原型

星形分子作为齿轮原型。顶部臂具有不同的化学结构,以遵循旋转。信用:Gwénaëlrapenne(纳斯特和UPS)

奈良科学技术研究员的研究人员与法国大学保罗萨贝蒂尔大学研究团队合作,正在推进分子级齿轮训练科学,用于传递旋转力。

齿轮传动已经使用了几个世纪,以转换齿轮转速的变化为旋转力的变化。汽车,钻头,基本上任何有旋转部件的东西都用它们。分子规模的齿轮是一个更新发明,可以使用光或化学刺激启动齿轮旋转。日本奈良科学技术研究所(NAIST)的研究人员与法国Paul Sabatier大学的研究团队合作,在《科学》杂志上发表了一项新的研究报告化学科学一种可视化超大齿轮系快照的方法 - 在工作中互连的齿轮链。

Naist Project LeaderGwénağlRapenne教授致力于制造分子尺度的机械装置,例如轮子和电机。研究人员最近为分子齿轮系设计了齿轮,但目前没有手段可视化齿轮的动作。

“监测分子齿轮运动的最直接的方式是通过静态扫描隧道显微镜图像。出于这些目的,齿轮的牙齿中的一个必须是与其他牙齿的空间或电化学中的,“Rapenne解释。

化学血清分子齿轮

一个5nm大的戊肾上腺素分子齿轮。信用:Gwénaëlrapenne(纳斯特和UPS)

研究人员首先创造了一个包含五个桨的分子齿轮,其中一个桨比其他四个桨长几个碳原子。然而,正如他们去年所展示的那样,桨叶长度的差异打乱了轮系的协调运动。因此,桨叶电化学的差异是一个更有前途的设计方法,但综合起来更具挑战性。yabovip2021

“我们使用计算研究预测电子提取单元或金属化学物质是否可以根据桨叶的电子性质量身定制,而不会改变桨叶尺寸,”Rapenne说。yabovip2021这种量身定制的属性很重要,因为通过使用扫描隧穿显微镜,可以将它们视为对比度的差异,从而促进静态成像。

“我们的化学晶型齿轮原型含有一种桨,具有氰基苯基取代基或锌 - 而不是镍 - 金属中心,”Rapenne解释说。“各种光谱技术证实了我们合成的架构。”

研究人员如何使用这些齿轮?想象一下,用一束高度聚焦的光,或者用一种化学刺激,使其中一个齿轮开始旋转。通过这样做,人们可以像传统的齿轮系那样以协调的方式旋转一系列齿轮,但在分子尺度上,这包含了最终小型化的设备。Rapenne说:“我们现在有办法将这种旋转可视化。”

通过使用这种开发来进行单分子力学研究,Rapenne乐观地,广泛的研究界将为纳米级机器具有强大的新设计。“我们还没有那里,但正在合作,尽快发生这种情况,”他说。

参考:Seifallah Abid,Yohan Gisbert,Mitsuru Kojima,Nathalie Saffon-Merceron,JérômeCuny,Claire Kammerer和Gwénaëlrapenne,1921年2月18日,“宇宙 - 有机锚上安装在Metallo-有机锚上”化学科学
DOI:10.1039 / D0SC06379G

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