p Renderização artística de uma nanomáquina combinando subunidades de motor (vermelho e azul) e embreagem (verde e roxo) conectadas por subunidades de transmissão (cadeias de polímero representadas como cordas). Esses dois tipos de subunidades giram em direções opostas quando expostos a duas fontes de luz distintas. Quando os motores ligam (ativados por luz ultravioleta), eles trançam os pares de cadeias de polímero, e os contratos materiais. Quando as subunidades da embreagem giram (sob o efeito da luz branca), eles desfiam as cadeias de polímero, e o material se estende. Variando a intensidade da luz, é possível modular a frequência relativa da trança e desentrelaçamento, e, assim, gerenciar a transmissão geral do movimento, semelhante à caixa de câmbio de um veículo. A subunidade motora é representada em detalhes no canto inferior direito, e a subunidade do modulador no canto superior esquerdo. Crédito:Gad Fuks / Nicolas Giuseppone / Mathieu Lejeune / Woverwolf / Shutterstock.com
p Premiado com o Prêmio Nobel de Química em 2016, nanomáquinas fornecem trabalho mecânico nas menores escalas. No entanto, em dimensões tão pequenas, motores moleculares podem completar este trabalho em apenas uma direção. Pesquisadores do Institut Charles Sadron do CNRS, liderado por Nicolas Giuseppone, um professor da Université de Strasbourg, trabalhando em colaboração com o Laboratoire de mathématiques d'Orsay (CNRS / Université Paris-Sud), conseguiram desenvolver máquinas moleculares mais complexas que podem trabalhar em uma direção e em sua oposta. O sistema pode até ser controlado com precisão, da mesma forma que uma caixa de velocidades. O estudo foi publicado em
Nature Nanotechnology em 20 de março, 2017 p Os motores moleculares podem produzir movimento mecânico cíclico usando uma fonte de energia externa, como um produto químico ou fonte de luz, combinado com o movimento browniano (movimento desorganizado e aleatório das moléculas circundantes). Contudo, nanomotores são expostos a colisões moleculares em todos os lados, o que complica a produção de trabalho mecânico dirigido e, portanto, útil. Os primeiros motores moleculares da década de 2000 usaram o princípio da "catraca Browniana, "que como um entalhe em uma roda dentada que impede um mecanismo de se mover para trás, irá influenciar o movimento browniano de forma que o motor funcione em apenas uma direção. Isso torna possível fornecer trabalho utilizável, mas não permite uma mudança de direção.
p A equipe de pesquisa então se propôs a encontrar uma solução para reverter esse movimento, o que eles fizeram conectando motores a moduladores moleculares (subunidades de embreagem) usando cadeias de polímero (subunidades de transmissão). Um modelo matemático também foi estabelecido para entender o comportamento desta rede.
p Quando exposto à radiação ultravioleta, os motores giram enquanto os moduladores permanecem imóveis. As cadeias de polímero, portanto, se enrolam em torno de si mesmas, e se contraem como um elástico que encurta à medida que é torcido. O fenômeno pode ser observado em escala macroscópica, à medida que as moléculas formam um material que se contrai.
Crédito:Gad Fuks / Nicolas Giuseppone / Mathieu Lejeune p Quando as moléculas são expostas à luz visível, os motores param e os moduladores são ativados. A energia mecânica armazenada nas cadeias de polímero gira os moduladores na direção oposta do movimento original, e o material se estende.
p Mais espetacular ainda, os pesquisadores conseguiram demonstrar que a taxa e a velocidade do trabalho produzido podem ser cuidadosamente reguladas por meio de uma combinação de UV e luz visível, como uma caixa de engrenagens funcionando por meio de modulações em frequência entre os motores e os moduladores. A equipe agora está tentando usar este estudo para desenvolver dispositivos fotomecânicos que podem fornecer trabalho mecânico controlado por luz.
