據麥姆斯咨詢報道，一段時間以來，由光控制運動的旋轉分子馬達一直是研究的熱門主題，在合成機械系統(tǒng)和納米活化方面具有潛在的應用。

旋轉分子馬達的多功能性導致了器件設計和供能的不同方法。維爾茨堡大學（University of Würzburg）的一項研究案例涉及構建微米級機械系統(tǒng)，其中嵌入了多達四個可獨立尋址的納米分子馬達，類似于空中無人機上的轉子。

在生物系統(tǒng)或血管內使用這種微型機械系統(tǒng)自然很有吸引力，但迄今為止，由于光對許多有機組織的穿透有限，并且難以追蹤分子馬達在它們運動時的實際位置，因此光驅動分子馬達的適用性一直受到阻礙。

格羅寧根大學（University of Groningen）的一個研究項目現(xiàn)在已經構建了一種光驅動分子馬達，其中光刺激不僅產生運動，還產生熒光，在單個分子中結合了兩種光介導的功能。這項研究結果發(fā)表在Science Advances和Nature Communications期刊上。

實現(xiàn)運動和熒光兩種功能的旋轉分子馬達

根據格羅寧根大學研究團隊的說法，通常，上述兩個光化學事件（光刺激產生運動和熒光）在同一個分子中是不相容的——光驅動分子馬達在運動時就沒有熒光功能，或者產生熒光時就無法運動。

“在過去幾十年成功設計分子馬達之后，下一個重要目標是使用此類分子馬達控制各種功能和特性?！币蜷_發(fā)分子馬達而獲得2016年諾貝爾化學獎的格羅寧根大學教授Ben Feringa說，“由于這是光驅動的旋轉馬達，因此設計一個除了旋轉運動之外還具有由光能控制的另一個功能的系統(tǒng)尤其具有挑戰(zhàn)性。”

多功能馬達的多種用途

格羅寧根大學的研究項目針對該問題開發(fā)了兩種解決方案。一種方案是將光致發(fā)光染料化學附著在垂直于馬達上部的分子結構上，影響分子系統(tǒng)的共軛是防止兩種功能相互阻斷，從而同時發(fā)生旋轉運動和熒光發(fā)光的方式。

這具有額外的優(yōu)勢，即改變所使用的溶劑環(huán)境可以改變兩種功能之間的平衡，從而有效地使馬達對其周圍環(huán)境敏感。

另一種方案是基于由雙光子吸收驅動的現(xiàn)有馬達設計，其中光敏分子天線收集入射的紅外光子以驅動馬達。對天線的修改使其具有兩種激發(fā)態(tài)，一種是其能量被轉移到馬達，另一種是分子通過熒光發(fā)光。

格羅寧根大學的研究代表了第一種具有旋轉和長壽命光致發(fā)光雙重功能的人工分子馬達，這種組合可以擴大該技術的潛在應用。

“這是非常強大的方案，我們可能會應用它來展示這些分子馬達如何穿過細胞膜或在細胞內移動，因為熒光是一種廣泛使用的技術，可以顯示分子在細胞中的位置。”Ben Feringa評論道，“我們還可以用它來追蹤光驅動馬達引起的運動，或在納米尺度上追蹤分子馬達誘導的運輸。這都是后續(xù)研究的一部分?！?/p>

審核編輯：劉清