Peneliti Ukur Single-Molekul Mesin dalam Aksi

Dalam pengembangan perangkat molekul masa depan, teknologi layar baru, dan "otot buatan" dalam perangkat nanoelectromechanical, molekul fungsional cenderung memainkan peran utama.

Rotaxanes, satu keluarga dari molekul seperti itu, adalah kecil, mekanik struktur saling terkait yang terdiri dari molekul berbentuk dumbell yang batang bagian dikelilingi oleh cincin. Struktur-struktur molekul berperilaku sebagai "mesin," dengan cincin yang bergerak sepanjang batang dari satu stasiun ke lain jika dirangsang oleh reaksi kimia, cahaya atau keasaman.

Untuk mewujudkan potensi mesin molekuler ini, Namun, perlu untuk memahami dan untuk mengukur fungsi mereka di skala nano tersebut. Sebelumnya metode untuk mengamati operasi mereka telah melibatkan pengukuran kimia dalam larutan dan mempelajari koleksi
mereka yang melekat pada permukaan, tetapi tidak telah memberikan gambaran yang akurat dari fungsi mereka dalam lingkungan yang relevan dengan operasi molekul-perangkat.

Sekarang, tim multidisiplin peneliti dari UCLA, Northwestern University, UC Merced, Pennsylvania State University dan Jepang telah berhasil mengamati interaksi molekul tunggal rotaxanes bistable berfungsi di lingkungan asli mereka.

Temuan tim diterbitkan dalam edisi saat ini jurnal ACS Nano.

Dipimpin oleh Paul Weiss dari UCLA dan Fraser Stoddart dari Northwestern University, tim mengembangkan desain molekul yang terikat kuat rotaxanes ke permukaan, yang memungkinkan mereka untuk diperiksa secara individu di lingkungan asli mereka oleh scanning tunneling microscope (STM). Menggunakan teknologi ini, para peneliti mampu merekam perubahan stasiun oleh cincin rotaxanes 'sepanjang tongkat mereka sebagai respons terhadap sinyal elektrokimia.

Sebelumnya, rotaxanes harus dikelompokkan untuk belajar karena mobilitas mereka dan fleksibilitas ketika melekat pada permukaan. Dan karena instrumen memanfaatkan sebuah STM atomically ujung tipis merasa keluar permukaan berskala nano - dan banyak lagi cara yang sama orang yang buta membaca Braille - sifat fleksibel rotaxanes "membuatnya sulit untuk mempelajari mereka secara individu. desain molekul Tim peneliti, bagaimanapun, membantu secara signifikan mengurangi fleksibilitas ini.

The STM dikembangkan oleh tim memungkinkan lebih rinci studi tentang mesin molekuler, yang mengarah ke pemahaman yang lebih besar tentang bagaimana mereka berinteraksi dengan tetangga mereka dan bagaimana mereka bisa bekerja sama dalam perangkat nanoelectromechanical.

Paul Weiss, profesor dibedakan kimia dan biokimia, memegang UCLA Fred Kavli Ketua di Nanosystems Ilmu dan direktur California NanoSystems Institute (CNSI) di UCLA. Fraser Stoddart adalah Dewan Pengawas Profesor Kimia dan direktur Pusat Kimia Sistem Terpadu (CCIS) di Northwestern University.

Pekerjaan itu didanai oleh National Science Foundation, Semiconductor Research Corporation dan Yayasan Kavli.