Motores moleculares controlados por luz podem ser usados ​​para criar materiais funcionais para fornecer movimento autônomo, ou em sistemas que podem responder ao comando. Para aplicações biológicas, isso requer que os motores sejam acionados por baixa energia, luz de baixa intensidade que penetra no tecido. Químicos da Universidade de Groningen projetaram um motor rotativo que é eficientemente alimentado por luz quase infravermelha, através da adição de uma antena à molécula do motor. O design e a funcionalidade foram apresentados na revista Avanços da Ciência em 28 de outubro.

Ben Feringa, Professor de Química Orgânica da Universidade de Groningen, apresentou o projeto e a construção do primeiro motor molecular rotativo unidirecional movido a luz em 1999. Em 2016, ele foi um dos três vencedores do Prêmio Nobel de Química, para a concepção e produção de máquinas moleculares. Seus motores moleculares evoluíram desde então, mas uma das principais limitações dos aplicativos é que eles são alimentados por luz ultravioleta. Em muitas aplicações, A luz ultravioleta pode ser prejudicial aos materiais circundantes. As tentativas de usar fótons do infravermelho próximo com menos energia para alimentar esses motores não tiveram sucesso.

Energia

A adaptação da molécula motora para aceitar diretamente dois fótons de baixa energia em vez de um de alta energia não teve sucesso. É por isso que os cientistas do laboratório Feringa agora tentaram uma abordagem diferente. Por meio de uma ligação covalente, a molécula do motor foi ligada a uma antena que pode absorver dois fótons infravermelhos próximos. A excitação resultante da antena é então passada para a parte motora da molécula.

Muito desse trabalho foi realizado por Lukas Pfeifer, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório Feringa, que agora trabalha na Swiss École Polytechnique Fédérale em Lausanne. "Para que o sistema funcione, os níveis de energia da antena e do motor tiveram que ser ajustados de perto, "ele explica. Isso significava projetar uma versão do motor molecular que requer a quantidade exata de energia que a antena fornece para o movimento." E também precisava de um linker que permitisse que a antena fosse conectada sem interferir na rotação do motor. "

Simples

"Esta é uma transferência direta do estado de excitação, muito semelhante à maneira como duas cordas de uma guitarra ressoam quando uma delas é tocada, "explica Maxim Pshenichnikov, Professor de Espectroscopia Ultra-rápida da Universidade de Groningen e um dos autores do Avanços da Ciência papel. A ideia parece bastante simples. "Se você sabe como funciona, torna-se muito simples, "diz Pshenichnikov." Mas o projeto químico certamente não era trivial. "

Uma sequência complexa de eventos que coloca o motor em movimento ocorre em uma ampla gama de vezes, de picossegundos (10 ^-12 s) a minutos. Os diferentes regimes de tempo foram estudados por Pfeifer usando NMR e por Nong Hoang, um Ph.D. estudante do grupo de pesquisa de Pshenichnikov, usando espectroscopia ultrarrápida. Primeiro, a antena captura dois fótons infravermelhos próximos. Isso é seguido pela transferência de energia que inicia o movimento do motor. Felizmente, o design funcionou de forma muito eficiente.

Sonho

"Depois de muitos anos projetando motores moleculares, ser capaz de superar a necessidade de luz ultravioleta de alta energia para alimentar esses motores rotativos moleculares é como a realização de um sonho, "diz Ben Feringa." Sinto que nossos resultados representam um marco importante no projeto de motores moleculares artificiais e oferecem muitas perspectivas para aplicações futuras, variando de materiais responsivos a sistemas biomoleculares. "

O próximo passo é simplificar a estrutura do complexo motor-antena. Isso permitiria a introdução de funcionalidades adicionais. Uma possível aplicação da nova molécula motora é funcionar como um gatilho para a liberação do conteúdo de uma vesícula em um sistema biológico. Pshenichnikov:"Estou realmente curioso para ver como a próxima geração deste sistema se desenvolverá."

Resumo de ciência simples

Em 1999, Ben Feringa, professor de química orgânica da Universidade de Groningen, criou o primeiro motor molecular movido a luz. Esses minúsculos motores podem ser usados ​​em todos os tipos de aplicações de nanotecnologia, por exemplo, na distribuição de medicamentos. Contudo, eles são alimentados por luz ultravioleta, o que pode ser prejudicial. Os cientistas têm procurado maneiras de usar a luz infravermelha próxima, mas todas as tentativas até agora não tiveram sucesso. Pesquisadores da Universidade de Groningen agora projetaram uma antena que absorve energia da luz infravermelha. Esta antena foi ligada à molécula do motor, onde transmite a energia diretamente para o eixo que aciona o movimento do motor. O resultado é uma molécula motora alimentada por luz infravermelha próxima, que traz as aplicações médicas um passo mais perto.