Angrenaje la scară moleculară pentru transmiterea cuplului

Moleculă în formă de stea ca prototip. Brațul superior are o structură chimică diferită pentru a urmări rotația. Credit: Gwénaël Rapenne (NAIST și UPS)

Cercetătorii de la Institutul de Știință și Tehnologie Nara, Japonia, în parteneriat cu echipe de cercetare de la Universitatea Paul Sabatier, Franța, avansează știința trenurilor cu angrenaje la scară moleculară pentru transmiterea forței de rotație.

Trenurile cu angrenaje au fost folosite de secole pentru a traduce modificările vitezei de rotație a angrenajului în modificări ale forței de rotație. Mașinile, burghiele și practic tot ce are piese rotative le folosesc. Angrenajele la scară moleculară sunt o invenție mult mai recentă care poate utiliza lumina sau un stimul chimic pentru a începe rotația angrenajelor. Cercetătorii de la Institutul de Știință și Tehnologie Nara (NAIST), Japonia, în parteneriat cu echipe de cercetare de la Universitatea Paul Sabatier, Franța, relatează într-un nou studiu publicat în Științe chimice un instrument pentru a vizualiza la locul de muncă imagini ale unui angrenaj cu ultrasunete – un lanț de angrenaje interconectat.

Liderul proiectului NAIST, profesorul Gwénaël Rapenne și-a dedicat cariera fabricării de echipamente mecanice la scară moleculară, precum roți și motoare. Cercetătorii au creat recent o roată cu roți pentru un tren cu roți dințate moleculare, dar în prezent nu au instrumentele pentru a vizualiza uneltele în acțiune.

„Cel mai direct mod de a monitoriza mișcarea angrenajelor moleculare este prin scanarea statică a imaginilor de microscopie prin tunel. „În aceste scopuri, unul dintre dinții roții trebuie să fie stereotipat sau diferit din punct de vedere electrochimic de ceilalți dinți”, explică Rapenne.

Angrenaj molecular pentaporfirină

Un angrenaj molecular pentaporfirină de 5 nm. Credit: Gwénaël Rapenne (NAIST și UPS)

Cercetătorii au creat mai întâi o cicatrice moleculară care conține cinci drifturi, în care o unitate are mai mulți atomi de carbon mai lungi decât celelalte patru tamburi. Cu toate acestea, așa cum au arătat anul trecut, modificările în lungimea transmisiei perturbă mișcarea coordonată de-a lungul trenului de transmisie. Astfel, schimbările în electrochimia cu palete sunt o abordare de proiectare mai promițătoare, dar sintetic mai provocatoare.

„Am folosit studii de calcul pentru a prezice dacă unitățile de atracție a electronilor sau chimia metalelor s-ar putea potrivi cu proprietățile electronice ale unei unități, fără a modifica dimensiunea unității”, spune Rapenne. Astfel de caracteristici adaptate sunt importante, deoarece pot fi observate ca schimbări în contrast folosind microscopie de scanare prin tunel, și astfel facilitează imagistica statică.

„Prototipurile noastre de roți dentare pentaporfirină conțin o paletă fie cu un înlocuitor de cianofenil, fie cu un centru metalic de zinc – și nu de nichel”, explică Rapenne. “Diverse tehnici de spectroscopie au confirmat arhitecturile sintezelor noastre.”

Cum pot folosi cercetătorii aceste roți? Imaginați-vă iluminând un fascicul de lumină foarte concentrat sau aplicând un stimul chimic pe unul dintre angrenaje pentru a începe o rotație. Procedând astfel, se poate roti o serie de dinți într-o manieră coordonată ca într-un angrenaj convențional, dar la o scară moleculară care constă în miniaturizarea finală a echipamentului. „Avem acum instrumentele pentru a vizualiza astfel de rotații”, notează Rapenne.

Folosind această dezvoltare pentru a efectua studii de mecanică cu o singură moleculă, Rapenne este optimist că comunitatea de cercetare mai largă va avea un nou design robust pentru mașini integrate la nano-scară. „Nu suntem încă acolo, dar lucrăm în colaborare pentru ca acest lucru să se întâmple cât mai curând posibil”, spune el.

Referință: „Angrenaje decimetric pentaporfirinină montate pe ancore metal-organice” de Seifallah Abid, Yohan Gisbert, Mitsuru Kojima, Nathalie Saffon-Merceron, Jérôme Cuny, Claire Kammerer și Gwénaël Rapenne, 18 februarie 2021 Științe chimice.
DOI: 10.1039 / D0SC06379G

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.