Nagroda Nobla z chemii za molekularne maszyny
Tegoroczną nagrodę Nobla z chemii otrzymało trzech badaczy: Francuz Jean-Pierre Sauvage, Brytyjczyk, pracujący obecnie w USA, Sir J. Fraser Stoddart i Holender Bernard L. Feringa. Wszyscy trzej zaprojektowali i wykonali molekularne maszyny.
Caroline Davis2010/Flickr CC by 2.0

W 1983 roku Sauvage opisał skonstruowany przez siebie poruszający się względem siebie łańcuch dwóch cząsteczek, nazwany przez niego katenanem (od lacinskiego catena – lancuch). Nie dość, że powstała w ten sposób nieistniejąca dotąd w naturze supercząsteczka, to jeszcze jej dwie składowe (ogniwa owego molekularnego łańcucha) połączone były nieistniejącym dotąd wiązaniem chemicznym, stworzonym przez człowieka wiązaniem mechanicznym, polegającym na zaczepieniu o siebie dwóch molekularnych ogniw. Sprzężone ze sobą ogniwa molekularne poruszały się względem siebie podobnie jak dwa ogniwa znanego nam zwykłego łańcucha.

To był przełom. Po raz pierwszy uzyskano sprzężone za sobą na stałe cząsteczki materii, które mogły poruszać się względem siebie. 10 lat później Savage i jego ekipa zbudowali katenan, w którym jedno z ogniw po dostarczeniu energii z zewnątrz obracało się w stosunku do drugiego w kontrolowany przez naukowców sposób. Tak powstał prototyp molekularnego motoru.

Stosując wymyśloną przez siebie metodę syntezy katenanów, Sauvage budował bardziej skomplikowane struktury łączące trzy lub więcej ogniw o rożnym kształcie. Dziś istnieje wiele takich cząsteczek, a ich badaniem zajmuje się cała nowa dziedzina chemii powołana do życia przez Francuza – chemia topologiczna.

Fraser Stoddart użył zupełnie innego podejścia, aby skonstruować w roku 1991 inną molekularną maszynę – rotaxane. Jest to zespolony ze sobą na stałe układ dwóch cząsteczek: pierścienia nadzianego na oś, nazwijmy ją tu dla lepszego zobrazowania „patyczkiem”. Pierścień pozbawiony był ładunku elektrycznego, „patyczek” zaś miał go nadmiar.

Obie cząsteczki po zmieszaniu w roztworze spontanicznie łączyły się w ten sposób, że pierścień nadziewał się na „patyczek”. Teraz wystarczyło powiększyć na drodze syntezy chemicznej końce „patyczka” tak, by pierścień nie mógł z niego wypaść, lecz aby pozostawał luźno z nim związany. Rotaxan był gotowy.

Usprawniając kolejne wersje rotaxanu, Stoddart mógł w pełni kontrolować ruchy pierścienia na molekularnym „patyczku”. Pierścień przeskakiwał z jednego miejsca na patyczku w drugie. Wykorzystując ten rodzaj wzajemnego kontrolowanego ruchu, Stoddart zbudował molekularną windę.

Jej trzy połączone ze sobą pierścienie przesuwają się po trzech połączonych ze sobą „patyczkach”, pokonując dystans 0,7 nm, zupełnie tak samo jak windy i podnośniki znane nam z naszej skali makro. Na tej samej zasadzie działa też skonstruowany przez niego chip komputerowy o mocy 20kB i molekularny mięsień zginający bardzo cienką wstążkę złota.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną