p Engrenagens e transmissões mecânicas estão em casa na região de Emilia-Romagna, o Vale do Motor, no norte da Itália. Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Bolonha e do Instituto de Síntese Orgânica e Fotorreatividade do Conselho Nacional de Pesquisa (Cnr-Isof) em Bolonha, liderado por Massimo Baroncini e Alberto Credi, planejou, NanoGear construído e operado, um dispositivo que consiste em componentes moleculares interligados e projetado para funcionar como uma engrenagem. Uma vez que as moléculas são objetos nanométricos (1 nanômetro =1 milionésimo de milímetro), é um dispositivo extremamente pequeno:Certamente, a menor engrenagem já produzida na terra italiana dos motores. p “A transmissão e transformação dos movimentos nanométricos em moléculas biológicas são a base das principais funções dos organismos vivos. No entanto, esses fenômenos são mal compreendidos em moléculas artificiais porque são extremamente difíceis de identificar e observar. A construção de dispositivos moleculares como o NanoGear é um primeiro passo em direção ao desenvolvimento de dispositivos mecânicos ultra-miniaturizados baseados em motores moleculares, com aplicações inovadoras em potencial em vários campos da tecnologia e da medicina ", diz Alberto Credi.

p O dispositivo

p A molécula NanoGear pertence à classe dos rotaxanos e é composta por três componentes:um anel que pode deslizar ao longo de um eixo que carrega um rotor instalado em seu centro.

p "O anel é livre para se deslocar ao longo do eixo em todo o seu comprimento, mas não pode escapar porque dois grupos volumosos (travas) posicionados nas extremidades do eixo impedem que ele escorregue. O rotor é livre para girar em torno de seu próprio eixo e tem duas 'lâminas' diferentes para facilitar a observação do movimento, "explica Massimo Baroncini." O principal elemento de design do NanoGear reside no fato de que o rotor está diretamente ligado ao eixo com uma ligação química regular (covalente), ao passo que o anel é mecanicamente travado em torno do eixo pela presença dos batentes. Tanto a translação do anel quanto a rotação do rotor são oscilações aleatórias determinadas pela energia térmica da molécula; em outras palavras, a engrenagem não está acoplada a nenhum motor e funciona 'em ponto morto'. Técnicas sofisticadas de ressonância magnética nuclear foram usadas para observar os movimentos e medir suas taxas. "

p A 65 ° C, o anel vai de uma extremidade do eixo para a outra cerca de 7 vezes por minuto, passando pelo rotor; na mesma quantidade de tempo, o último completa cerca de 260 rotações. Portanto, os dois movimentos não estão sincronizados; Contudo, eles se influenciam mutuamente, como demonstrado por experimentos realizados em moléculas semelhantes ao NanoGear, mas desprovidas do rotor ou do anel.

p Outro resultado significativo e inesperado é o efeito do meio em que a molécula está dispersa:Mudando o solvente, um dos dois movimentos é desacelerado, enquanto o outro é acelerado. Tal 'lubrificação específica' não encontra correspondência no mundo macroscópico, e constitui uma das propriedades não convencionais dos nanodispositivos que podem levar a inovações tecnológicas radicais.

p O projeto

p Máquinas moleculares artificiais, premiado com o Prêmio Nobel de Química em 2016, converter energia de uma fonte em movimentos controlados em nanoescala e são um dos resultados mais notáveis ​​da nanotecnologia. Para explorar esses movimentos, Contudo, elementos passivos capazes de processá-los e transmiti-los a outros componentes, como acontece em dispositivos macroscópicos, são necessários. Nesta pesquisa, químicos operam da mesma forma que engenheiros e arquitetos, mas manipular objetos um bilhão de vezes menores, uma vez que seus blocos de construção são átomos e moléculas.

p O NanoGear é o resultado de um projeto nascido há cerca de cinco anos e faz parte de uma atividade de pesquisa em que o Centro de Nanoestruturas Ativadas por Luz (Clã), um laboratório conjunto da Universidade de Bolonha e do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália, é um ponto de referência internacional.

p O NanoGear foi criado com o apoio de uma Bolsa Avançada do European Research Council (ERC), a bolsa mais prestigiada e competitiva para a investigação científica na Europa. No passado, o mesmo laboratório já havia atraído a atenção do público ao desenvolver bombas de base molecular ( Nature Nanotechnology , 2015) e esponjas ( Química da Natureza , 2015) alimentado por luz. O papel central da investigação realizada em Bolonha sobre o tema das máquinas moleculares foi reconhecido durante o evento "MolecularMachinesDays", realizada em Bolonha, em novembro de 2018, com a participação dos três ganhadores do Prêmio Nobel de Química em 2016.

p Os resultados

p A realização de dispositivos artificiais constituídos por moléculas é de grande interesse para o desenvolvimento da nanotecnologia. “Conforme mostram os resultados obtidos nos últimos anos em laboratórios de todo o mundo, a nanotecnologia pode nos fornecer materiais mais leves e fortes, computadores e robôs menores e mais poderosos, melhores sistemas para transformar e armazenar energia, novos métodos para diagnósticos médicos e terapias, "diz Alberto Credi." NanoGear é um pequeno, mas significativo passo nessa direção. Embora atualmente seja difícil identificar um uso específico do NanoGear, a pesquisa básica que levou ao seu desenvolvimento tem um potencial revolucionário para a ciência e a tecnologia que vai muito além das aplicações práticas de curto prazo. "