Molekulární vrtule - Molecular propeller

Čerpání vody hydrofobní povrchovou molekulární vrtulí

Molekulární vrtule je molekula který může při otáčení pohánět tekutiny díky svému speciálnímu tvaru, který je navržen analogicky jako makroskopický vrtule:[1][2] má několik molekulárních rozměrů čepele připojené k určitému úhel stoupání po obvodu a hřídel, zarovnané podél osy otáčení.

Molekulární vrtule navržené ve skupině prof. Petra Krála z University of Illinois v Chicagu mají čepele vytvořené rovinně aromatický molekuly a hřídel je a uhlíková nanotrubice.[3] Molekulární dynamika simulace ukazují, že tyto vrtule mohou sloužit jako účinná čerpadla ve velkém a na povrchu kapalin. Jejich účinnost čerpání závisí na chemii rozhraní mezi lopatkami a kapalinou. Například pokud jsou nože hydrofobní, molekuly vody se na ně neváží a vrtule je mohou dobře pumpovat. Pokud jsou nože hydrofilní, tvoří se molekuly vody Vodíkové vazby s atomy v polárních čepelích. To může do značné míry blokovat tok dalších molekul vody kolem lopatek a výrazně zpomalit jejich čerpání.

Řízení

Molekulární vrtule lze otáčet pomocí molekulární motory které lze pohánět chemickými, biologickými, optickými a elektrickými prostředky,[4][5][6] nebo různé ráčna -jako mechanismy.[7] Příroda realizuje většinu biologických aktivit s velkým množstvím vysoce sofistikovaných molekulárních motorů, jako jsou myosin, kinesin, a ATP syntáza.[8] Například rotační molekulární motory připojené k ocasy na bázi bílkovin bičíky může pohánět bakterie.

Aplikace

Podobným způsobem může sestava molekulární vrtule a molekulárního motoru vytvořit stroj v nanoměřítku, který může čerpat tekutiny nebo provádět pohyb.[9] Budoucí aplikace těchto nanosystémů sahají od nových analytických nástrojů ve fyzice a chemii, dodávka léků a genová terapie v biologii a medicíně pokročilé nanofluidické laboratoř na čipu techniky, na drobné roboti provádění různých činností v nanoměřítku nebo mikroskopické škále.

Viz také

Reference

  1. ^ J. Vacek a J. Michl, Molekulární stavebnice "Tinkertoy": Počítačová simulace molekulárních vrtulíNew J. Chem. 21, 1259 1997.
  2. ^ Simpson, Christopher D .; Mattersteig, Gunter; Martin, Kai; Gherghel, Lileta; Bauer, Roland E .; et al. (2004). "Nanosized Molecular Propells by Cyclodehydrogenation of Polyphenylene Dendrimers". Journal of the American Chemical Society. Americká chemická společnost (ACS). 126 (10): 3139–3147. doi:10.1021 / ja036732j. ISSN  0002-7863. PMID  15012144.
  3. ^ Wang, Boyang; Král, Petr (28.06.2007). "Chemicky laditelné vrtule kapalin v nanoměřítku". Dopisy o fyzické kontrole. Americká fyzická společnost (APS). 98 (26): 266102. doi:10.1103 / fyzrevlett.98.266102. ISSN  0031-9007. PMID  17678108.
  4. ^ Kelly, T. Ross; De Silva, Harshani; Silva, Richard A. (1999). "Jednosměrný rotační pohyb v molekulárním systému". Příroda. Springer Science and Business Media LLC. 401 (6749): 150–152. doi:10.1038/43639. ISSN  0028-0836. PMID  10490021. S2CID  4351615.
  5. ^ Koumura, Nagatoshi; Zijlstra, Robert W. J .; van Delden, Richard A .; Harada, Nobuyuki; Feringa, Ben L. (1999). "Světlem poháněný jednosměrný molekulární rotor" (PDF). Příroda. Springer Science and Business Media LLC. 401 (6749): 152–155. doi:10.1038/43646. ISSN  0028-0836. PMID  10490022. S2CID  4412610.
  6. ^ Bustamante, Carlos; Chemla, Yann R .; Forde, Nancy R .; Izhaky, David (2004). "Mechanické procesy v biochemii". Roční přehled biochemie. Výroční recenze. 73 (1): 705–748. doi:10,1146 / annurev.biochem.72.121801.161542. ISSN  0066-4154. PMID  15189157.
  7. ^ Astumian, R. Dean (09.05.1997). "Termodynamika a kinetika Brownova motoru". Věda. Americká asociace pro rozvoj vědy (AAAS). 276 (5314): 917–922. doi:10.1126 / science.276.5314.917. ISSN  0036-8075. PMID  9139648.
  8. ^ Tsunoda, S. P .; Aggeler, R .; Yoshida, M .; Capaldi, R. A. (2001-01-30). "Rotace c podjednotkového oligomeru v plně funkční F1Fo ATP syntáze". Sborník Národní akademie věd. 98 (3): 898–902. doi:10.1073 / pnas.98.3.898. ISSN  0027-8424. PMC  14681. PMID  11158567.
  9. ^ Soong, R. K.; Bachand, G. D .; Neves, H. P .; Olkhovets, A. G .; Craighead, H. G .; Montemagno, C. D. (2000-11-24). "Napájení anorganického nanozařízení biomolekulárním motorem". Věda. Americká asociace pro rozvoj vědy (AAAS). 290 (5496): 1555–1558. doi:10.1126 / science.290.5496.1555. PMID  11090349.

externí odkazy