Významný krok na cestě k plně ovládaným molekulárním strojům udělali vědci z ÚOCHB

Tým Jiřího Kalety z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR popsal novou koncepci světlem poháněných molekulárních motorů, které i po přichycení na kovový povrch zůstávají plně funkční a vykonávají řízený rotační pohyb. Vědci tak překonali jednu z hlavních překážek na cestě k plně ovládaným molekulárním strojům, což by mělo mít velký dopad na vývoj například inteligentních materiálů. Studie poskytuje hlubší vhled do řízení pohybu v nanosvětě. Článek zveřejnil prestižní časopis Angewandte Chemie International Edition.

Tomáš Belloň / ÚOCHB: Dr. Jiří Kaleta, vedoucí vědecké skupiny Molekulární stroje, ÚOCHB

Studium molekulárních motorů patří mezi nejzajímavější směry současné chemie a nanotechnologií. Stroje složené z několika desítek atomů se dokážou pohybovat nebo otáčet v přesně definovaném směru, pokud na ně působí vhodný podnět, například světlo. Vědci z ÚOCHB vyvinuli dva typy tzv. čtyřnohých motorů upevněných na pevné základně z triptycenu. To je trojrozměrná struktura, která drží statickou část motoru mírně nad povrchem a rotoru tak umožňuje volný a přesně řízený pohyb. Po ozáření světlem se rotor motoru nejdřív pootočí pouze částečně a rotaci dokončí díky působení tepla. Výsledkem je plné, kontrolované otočení o 360°. „Naše motory jsou navržené jako stavebnice. Stejně tak snadno je můžeme měnit pro různé způsoby využití. Ukazujeme, že řízeného pohybu na úrovni molekul lze nejen dosáhnout, ale také ho modifikovat,” popisuje první autorka studie Kateřina Bezděková z Kaletovy vědecké skupiny.

Kaletův tým dokázal překonat jeden z hlavních technických problémů, totiž ten, že molekuly navázané na pevný povrch často ztrácejí schopnost pohybu kvůli příliš těsnému kontaktu s podložkou. Díky inovativní konstrukci zůstávají popsané motory pohyblivé za všech okolností. Jiří Kaleta vysvětluje: „Použitím rigidní základny z triptycenu se nám podařilo vyřešit několik problémů. Mimo jiné jsme účinně oddělili fotoaktivní část motoru od povrchu. Tím si zachovává svou pohyblivost a můžeme ho bez problému ovládat pomocí světla.“

Výsledky výzkumu z ÚOCHB otevírají cestu k praktickému využití molekulárních strojů. Týká se to např. vývoje inteligentních materiálů, fotoaktivních přepínačů nebo povrchových senzorů. „Každý krok, který zlepší kontrolu nad pohybem na atomární úrovni, nás přibližuje době, kdy budou molekulární stroje vykonávat přesně definované úkoly, podobně jako stroje, které známe z makrosvěta, jen budou miliardkrát menší,“ dodává Jiří Kaleta.

ÚOCHB: Dva typy miniaturních světlem poháněných molekulárních motorů, které se dokážou otáčet o 360° jak v roztoku, tak i po přichycení na povrch. Jejich osa rotace může být přesně nasměrována buď rovnoběžně, nebo kolmo k povrchu kovového (zlatého) povrchu.

Původní článek

Surface-Decoupled Altitudinal and Azimuthal Triptycene-Fused Tetrapodal Molecular Motors

Kateřina Bezděková, Lukáš Severa, Eva Kaletová, Katarina Majerová Varga, Milan Mašát, Liang-Ting Wu, Jyh-Chiang Jiang, Ivana Císařová, Jiří Kaleta

Angew. Chem., Int. Ed. 2025.

https://doi.org/10.1002/anie.202513922

licensed under CC-BY 4.0