Moleküler Motor : Dört Dönme Durumu
Fotoğraf : Dört dönme durumu.
Ultrahızlı spektroskopi ve kuantum mekanik hesaplamalar yardımıyla, Ludwig-Maximilian Üniversitesi’nde ki (LMU) Münihli araştırmacılar, ışıkla çalışan kimyasal motor molekülü hemithioindigo’nun tam dönüş döngüsünü karakterize etmişlerdir.
Emmy Noether Junior Araştırma Grubu’nda kimyacı Dr. Henry Dube, hemithioindigo (HTI) molekülü bazlı bir moleküler makine geliştirdi. Işığa maruz kaldığında spesifik bir kimyasal bağ hakkında tek yönlü dönme hareketi sergiler. BioMolekulare Optik’ten Profesör Eberhard Riedle ve fizikçi Regina de Vivie-Riedle ile iş birliği yaparak, tüm rotasyon mekanizmasının dinamiklerini çözmüştür. Bulgular Amerikan Kimya Derneği Dergisi’nde (JACS) yer almaktadır.
Hemithioindigo, merkezi bir karbon-karbon çift bağı (C = C) içerir. Bu tip bağ, normalde yönsüz olan, foto-izomerizasyon olarak bilinen, tersine çevrilebilir, ışığa bağımlı bir yapısal değişim geçirebilir. Önceki çalışmalarda Dube, HTI’nin hareketinin hassas bir şekilde kontrol edilebildiği bir moleküler motorun temeli olarak hizmet edebileceğini göstermişti. HTI-bazlı moleküler motorda, bir foto-izomerizasyon ve termal heliks-inversiyon adımları ardı ardına merkezi çift bağın, oda sıcaklığında 1 kHz’ye kadar bir hızla tek yönlü dönmesine neden olur. Diğer kimyasal motorların çoğunda güç sağlamak için yüksek enerjili ultraviyole ışık kullanılmasına rağmen, HTI motoru görünür ışıkla çalıştırılabilir. Bu özellik, uygulama alanını genişletir ve biyolojik ve tıbbi bağlamlarda kullanım potansiyelini artırır.
Takım şimdi, dönüş durumundaki ara durumları ayırt etmek için çeşitli ultra-hızlı spektroskopik teknikleri kullanarak HTI motorunda tek yönlü rotasyon dinamiklerini karakterize etmiştir. Bu sonuçları olası reaksiyon yollarının ayrıntılı kuantum mekanik hesaplamaları ile karşılaştırarak, bu nanomakinenin çalışmasının kesin bir kantitatif modelini oluşturabildiler. Sonuçlar, rotasyonun oda sıcaklığında bile tek yönlü kaldığını ve dönme oranının en etkili şekilde nasıl yükseltilebileceğini ortaya koymaktadır. Tam rotasyon döngüsü dört konformasyonel ve enerji durumuna dönüşür ve bunlar arasındaki geçişlerin olasılıkları ve oranları ilk defa belirlenir. Bu geçişler için ilgili zaman aralıkları, pikosaniyeden (10-12 s) milisaniye (10-3 s) kadar değişmektedir. İlgili tüm adımlar, aynı koşullar altında, yani dokuz büyüklüğü kapsayan bir aralık boyunca, spektroskopik olarak başarıyla izlendi.
“Kapsamlı analizimiz, bu tür moleküler motorların işleyişine eşi görülmemiş bir işlevsel bakış açısı getirdi. Şimdi, bu molekülün dönme hareketinin tam bir resmini elde ettik, şimdi ışık enerjisini daha iyi kullanan motor tasarımına yeni yaklaşımlar geliştirmek için kullanabiliyoruz. “diyor Dube.
Kaynak : phys.org
