Steve Granick, Diretor do IBS Center for Soft and Living Matter e Dr. Huan Wang, Pesquisador Sênior, relatório junto com 5 colegas interdisciplinares na edição de 31 de julho da revista Ciência que as reações químicas comuns aceleram a difusão browniana, enviando ondas de longo alcance para o solvente circundante.

As descobertas violam um dogma central da química, que a difusão molecular e a reação química não estão relacionadas. Observar que as moléculas são energizadas por reação química é "novo e desconhecido, "disse Granick." Quando uma substância se transforma em outra quebrando e formando ligações, na verdade, isso faz com que as moléculas se movam mais rapidamente. É como se as reações químicas se agitassem naturalmente. "

"Atualmente, a natureza faz um excelente trabalho de produção de máquinas moleculares, mas no mundo natural os cientistas não compreenderam bem o suficiente como projetar essa propriedade, "disse Wang." Além da curiosidade em entender o mundo, esperamos que isso possa ser praticamente útil para orientar o pensamento sobre a transdução de energia química para o movimento molecular em líquidos, para nanorobóticos, medicina de precisão e síntese de material mais ecológica. "

As ondulações inesperadas geradas por reações químicas, especialmente quando catalisado (acelerado por substâncias que não são consumidas por si mesmas), propagam-se a longo alcance. Para químicos e físicos, este trabalho desafia a visão do livro de que o movimento molecular e a reação química são dissociados, e que as reações afetam apenas a vizinhança próxima. Para engenheiros, este trabalho mostra uma nova abordagem poderosa para projetar nanomotores no nível verdadeiramente molecular.

Triagem de 15 reações químicas orgânicas, os pesquisadores estudam reações químicas que são burras de carga com ampla aplicação na química orgânica, indústrias farmacêuticas e de materiais. Por exemplo, As reações de 'clique' auxiliam a montagem de bibliotecas de compostos biomédicos para triagem e a reação de Grubbs é usada para a manufatura de plástico. Seu impacto econômico é importante. As estimativas indicam que a maioria de todos os produtos fabricados requerem catálise em algum ponto de sua sequência de produção.

Wang comentou com entusiasmo "Agora, somos como um bebê dando os primeiros passos e há tantas oportunidades emocionantes de fazer crescer esse bebê. "

Ao projetar seu estudo, os pesquisadores foram bioinspirados ao perceber que o movimento pode ser alimentado por enzimas e outros motores moleculares que prevalecem nos sistemas vivos. O pioneirismo no trabalho anterior do Dr. Ah-Young Jee no mesmo centro de pesquisa mostrou isso. Mas não houve consenso entre os cientistas se esses relatórios poderiam ser corretamente estendidos para fora da biologia. Analisando o problema, os pesquisadores fizeram um alto risco, argumento de alto retorno. Eles levantaram a hipótese de que o fenômeno formaria uma abordagem para entender as máquinas moleculares do mundo real.

Testando sua hipótese, a equipe desenvolveu novas técnicas analíticas. Professor Tsvi Tlusty, um teórico, previu que os catalisadores em gradientes de reação deveriam migrar 'morro acima' na direção de menor difusividade. Professor Yoon-Kyoung Cho, um especialista em microfluídica, projetou um chip microfluídico feito sob medida para testar essa ideia. Dr. Ruoyu Dong, um pesquisador, realizaram simulações numéricas de computador. "Nossa equipe interdisciplinar respondeu de forma incrivelmente rápida às oportunidades de pesquisa, graças à liberdade de pesquisa do Instituto Coreano de Ciências Básicas, "disse Granick.

A equipe apresenta diretrizes que mostram que a magnitude do aumento da difusão em diferentes sistemas depende da taxa de liberação de energia. Essas diretrizes podem ser úteis na prática para estimar o efeito em reações ainda não testadas. Além disso, o estudo é muito útil para expandir a compreensão dos materiais ativos, um termo coletivo que tradicionalmente se refere a coisas como células e microorganismos.

Granick concluiu:"O campo dos materiais ativos, bastante novo e crescendo rápido, é enriquecido por esta descoberta de que as reações químicas se comportam como nanoswimmers feitos de moléculas individuais que agitam a sopa de reação. O conceito de materiais ativos mostrou seu valor ao desafiar um dogma central da química. "

Essas descobertas foram publicadas em 31 de julho, Edição de 2020 de Ciência revista. O estudo foi realizado no IBS Center for Soft and Living Matter pelos autores Huan Wang, Parque Myeonggon, Ruoyu Dong, Junyoung Kim, Yoon-Kyoung Cho, Tsvi Tlusty, e Steve Granick.