(PhysOrg.com) - El estudiante graduado de Kolomeisky y Rice, Alexey Akimov, han dado un gran paso hacia la definición del comportamiento de estos molinetes moleculares con un nuevo artículo en el Journal of Physical Chemistry C. de la American Chemical Society. A través de simulaciones de dinámica molecular, definieron las reglas básicas para el movimiento del rotor de moléculas adheridas a una superficie de oro.

"Esto no es una caricatura. Es una molécula real, con todas las interacciones ocurriendo correctamente, ", dijo Anatoly Kolomeisky mientras mostraba una animación de átomos girando y girando alrededor de un eje central como un paseo de carnaval enloquecido.

Kolomeisky, un profesor asociado de química de la Universidad de Rice, estaba ofreciendo un vistazo a un medio molecular donde los átomos se sumergen, bucear y volar de acuerdo con un conjunto de reglas que está decidido a decodificar.

El estudiante graduado de Kolomeisky y Rice, Alexey Akimov, ha dado un gran paso hacia la definición del comportamiento de estos molinetes moleculares con un nuevo artículo publicado en la revista American Chemical Society. Revista de química física C . A través de simulaciones de dinámica molecular, definieron las reglas básicas para el movimiento del rotor de moléculas adheridas a una superficie de oro.

Es una extensión de su trabajo en los famosos nanocoches de Rice, desarrollado principalmente en el laboratorio de James Tour, T.T. y W.F. de Rice Cátedra Chao de Química y profesor de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales y de informática, pero para lo cual Kolomeisky también ha construido modelos moleculares.

Atacando en una dirección diferente, el equipo ha decodificado varias características clave de estos pequeños rotores, lo que podría albergar pistas sobre las formas en que funcionan los motores moleculares en los cuerpos humanos.

El movimiento que describieron se encuentra en todas partes en la naturaleza, Dijo Kolomeisky. El ejemplo más visible está en los flagelos de bacterias, que utilizan un simple movimiento de rotor para moverse. "Cuando los flagelos giran en el sentido de las agujas del reloj, las bacterias avanzan. Cuando giran en sentido antihorario, caen ". En un nivel aún menor, ATP-sintasa, que es una enzima importante para la transferencia de energía en las células de todos los seres vivos, exhibe un comportamiento de rotor similar, un descubrimiento ganador del Premio Nobel.

Entender cómo construir y controlar rotores moleculares, especialmente en múltiplos, podría dar lugar a algunos materiales nuevos e interesantes en el desarrollo continuo de máquinas capaces de trabajar a nanoescala, él dijo. Kolomeisky prevé, por ejemplo, filtros de radio que solo dejarían pasar una señal muy finamente sintonizada, dependiendo de la frecuencia de los nanorotores.

"Sería extremadamente importante, aunque caro, material para hacer, ", dijo." Pero si puedo crear cientos de rotores que se mueven simultáneamente bajo mi control, Seré muy feliz."

El profesor y su alumno redujeron la cantidad de parámetros en su simulación por computadora a un subconjunto de los que más les interesaban, Dijo Kolomeisky. La molécula del modelo básico tenía un átomo de azufre en el medio, fuertemente unido a un par de cadenas de alquilo, como alas, que podían girar libremente cuando se calentaban. El azufre ancló la molécula a la superficie del oro.

Mientras trabajaba en un artículo anterior con investigadores de la Universidad de Tufts, Kolomeisky y Akimov vieron evidencia fotográfica del movimiento del rotor al escanear imágenes de microscopio de túnel de moléculas de azufre / alquilo calentadas sobre una superficie de oro. A medida que aumentaba el calor la imagen pasó de lineal a rectangular a hexagonal, indicando movimiento. Lo que las imágenes no indicaron fue por qué.

Ahí es donde el modelado por computadora fue invaluable, tanto en los propios sistemas del laboratorio Kolomeisky como a través de la plataforma SUG @ R de Rice, un clúster de supercomputadoras compartidas. Al probar varias configuraciones teóricas, algunas con dos cadenas simétricas, algunos asimétricos, algunos con una sola cadena:pudieron determinar un conjunto de características entrelazadas que controlan el comportamiento de los rotores de una sola molécula.

Primero, él dijo, la simetría y la estructura del material de la superficie de oro (del cual se probaron varios tipos) tiene mucha influencia en la capacidad de un rotor para superar la barrera de energía que le impide girar todo el tiempo. Cuando ambos brazos están cerca de las moléculas de la superficie (que se repelen), la barrera es grande. Pero si un brazo está sobre un espacio, o hueco, entre átomos de oro, la barrera es significativamente más pequeña.

Segundo, Los rotores simétricos giran más rápido que los asimétricos. La cadena más larga en un par asimétrico requiere más energía para moverse, y esto provoca un desequilibrio. En rotores simétricos, las cadenas, como alas rígidas, compensarse entre sí cuando un ala se sumerge en un hueco mientras que la otra se eleva sobre una molécula de la superficie.

Tercera, Kolomeisky dijo:la naturaleza del enlace químico entre el ancla y las cadenas determina la libertad de giro del rotor.

Finalmente, la naturaleza química de los grupos rotativos también es un factor importante.

Kolomeisky dijo que la investigación abre un camino para simular moléculas de rotor más complejas. Las cadenas de la ATP-sintasa son demasiado grandes para que una simulación las discuta, "pero a medida que las computadoras se vuelven más potentes y nuestros métodos mejoran, algún día seremos capaces de analizar moléculas tan largas, " él dijo.