Motores moleculares, que giran unidireccionalmente en respuesta a una entrada de energía externa, constituyen una clase importante de componentes para futuras aplicaciones en el campo de la nanotecnología. Las moléculas cuya estructura y conformación espacial puede ser alterada por la luz son candidatas particularmente prometedoras para esta tarea. Sin embargo, Todos los motores moleculares impulsados ​​por luz descritos hasta ahora dependen de reacciones que requieren el aporte de calor y, por lo tanto, dependen de una cierta temperatura ambiental mínima. Henry Dube, químico de LMU, ha logrado un avance decisivo en este sentido. Junto con su alumno Aaron Gerwien, ha desarrollado el primer motor molecular que gira al exponerse solo a la luz, independientemente de la temperatura. Su funcionamiento no solo no está condicionado a una temperatura mínima específica, sino que en realidad gira más rápido a temperaturas más bajas. Esta característica única de la nueva molécula podría ampliar significativamente la gama de aplicaciones disponibles para futuras nanomáquinas. Los investigadores de LMU acaban de informar sus hallazgos en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

La propiedad esencial que convierte una sustancia química sintética en un motor rotatorio molecular es que una fuente de energía externa puede hacer que algún componente de la molécula gire unidireccionalmente. Cada rotación de 360 ​​° tiene lugar en pasos discretos como el tic-tac de la manecilla de un reloj. La parte complicada es asegurarse de que cada paso hacia adelante no vaya en reversa. Todos los motores moleculares descritos hasta ahora han utilizado lo que se llama un mecanismo de trinquete para evitar tales inversiones. La idea es que después de cada paso hacia adelante, un paso de trinquete altera la configuración de la molécula de tal manera que la reacción inversa se inhibe estéricamente. Los cambios conformacionales necesarios para lograr esto normalmente son inducidos por calor. Como resultado, la velocidad de rotación depende de la temperatura ambiente, y por debajo de una cierta temperatura mínima cesa el movimiento.

Al igual que los sistemas motores anteriores desarrollados por Dube y sus colegas, el nuevo motor se basa en una sustancia orgánica llamada hemitioíndigo. Esta molécula está formada por dos esqueletos de carbono diferentes, que están conectados por un doble enlace móvil. "Hemos logrado modificar la molécula de tal manera que una rotación completa de uno de los módulos estructurales con respecto al otro requiere solo tres pasos de reacción, ", dice Dube. Cada paso de rotación se activa con luz visible y no hay necesidad de intermedios, Pasos de trinquete accionados térmicamente. En efecto, los tres pasos involucrados en la rotación completa son promovidos por una reducción de la temperatura, de modo que la velocidad de rotación de las nuevas moléculas aumenta realmente a temperaturas más bajas. "Cada paso de rotación se compone de tres fotorreacciones diferentes, dos de los cuales demostramos experimentalmente directamente por primera vez este año, Dube explica. Los investigadores confían en que el mecanismo de conducción novedoso de su motor y su comportamiento único harán posible en un futuro no muy lejano que los investigadores sinteticen máquinas moleculares que, gracias a su relativa insensibilidad a la temperatura ambiental precisa, permitirá aplicaciones únicas que no son posibles con los motores conocidos hasta ahora.