Cada vez menores e mais complexos — sem a miniaturização, não teríamos hoje os componentes necessários para laptops de alto desempenho, smartphones compactos ou endoscópios de alta resolução. A pesquisa está sendo realizada em nanoescala em interruptores, rotores ou motores que consistem em apenas alguns átomos para construir o que é conhecido como máquinas moleculares. Uma equipe de pesquisa da FAU construiu com sucesso a menor roda de engrenagem movida a energia do mundo com uma contraparte correspondente. O redutor nano é o primeiro que também pode ser controlado e acionado ativamente. As descobertas dos pesquisadores foram publicadas recentemente na revista Nature Chemistry .
A miniaturização desempenha um papel fundamental no desenvolvimento de tecnologias modernas e possibilita a fabricação de dispositivos menores com mais potência. Também desempenha um papel significativo na fabricação, pois permite que materiais funcionais e medicamentos sejam produzidos com níveis de precisão sem precedentes. Agora, a pesquisa entrou em nanoescala – que é invisível a olho nu – com foco em átomos e moléculas individuais. A importância desse novo campo de pesquisa é demonstrada pelo Prêmio Nobel de Química, concedido à pesquisa em máquinas moleculares em 2016.

Alguns componentes importantes usados ​​em máquinas moleculares como interruptores, rotores, pinças, braços robóticos ou mesmo motores já existem em nanoescala. Outro componente essencial para qualquer máquina é a roda dentada, que permite mudanças de direção e velocidade e permite que os movimentos sejam conectados entre si. Contrapartes moleculares também existem para rodas dentadas, no entanto, até agora, elas apenas se moviam passivamente para frente e para trás, o que não é extremamente útil para uma máquina molecular.

A roda de engrenagem molecular desenvolvida pela equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Dr. Henry Dube, Presidente de Química Orgânica I na FAU e anteriormente chefe de um grupo de pesquisa júnior na LMU em Munique, mede apenas 1,6 nm. A equipe de pesquisa conseguiu alimentar ativamente uma roda de engrenagem molecular e sua contraparte e, assim, resolveu um problema fundamental na construção de máquinas em nanoescala.

O redutor é composto por dois componentes interligados entre si e formados por apenas 71 átomos. Um componente é uma molécula de tripticeno cuja estrutura é semelhante a uma hélice ou roda de caçamba. O segundo componente é um fragmento plano de uma molécula de tioíndigo, semelhante a uma pequena placa. Se a placa gira 180 graus, a hélice gira apenas 120 graus. O resultado é uma relação de transmissão de 2:3.

O nanoredutor é controlado pela luz, tornando-se um fotoengrenagem molecular. Como eles são acionados diretamente pela energia da luz, a placa e a hélice do triptycene se movem em rotação síncrona travada. O calor por si só não era suficiente para fazer o redutor girar, como descobriu a equipe da FAU. Quando os pesquisadores aqueceram a solução ao redor do redutor no escuro, a hélice girou, mas a placa não – a engrenagem “deslizou”. Os pesquisadores chegaram à conclusão de que o nanoredutor pode ser ativado e controlado usando uma fonte de luz. + Explorar mais

Equipe desenvolve hélice molecular robusta para rotações unidirecionais