分子机器

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是产生响应于特定刺激(输入)准的机械运动(输出)的分子组分。在生物学中,大分子机器经常执行生命必不可少的任务,例如DNA复制和ATP合成。该表达通常更普遍地应用于简单地模仿宏观水平上发生的功能的分子。该术语在纳米技术中也很常见,在纳米技术中,已经提出了许多旨在构建分子组装器的高度复杂的分子机器。 在过去的几十年中,化学家和物理学家都以不同程度的成功尝试使宏观世界中的机器小型化。分子机器研究目前处于...

什么是分子机器

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是产生响应于特定刺激(输入)准的机械运动(输出)的分子组分。在生物学中,大分子机器经常执行生命必不可少的任务,例如DNA复制和ATP合成。该表达通常更普遍地应用于简单地模仿宏观水平上发生的功能的分子。该术语在纳米技术中也很常见,在纳米技术中,已经提出了许多旨在构建分子组装器的高度复杂的分子机器

在过去的几十年中,化学家和物理学家都以不同程度的成功尝试使宏观世界中的机器小型化。分子机器研究目前处于最前沿,Jean-Pierre Sauvage,J。Fraser Stoddart爵士和Bernard L. Feringa荣获了2016年诺贝尔化学奖,用于分子机器的设计和合成。



类型

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分子机器可以分为两大类:人工的和生物的。通常,人造分子机器(AMMS)指的是人工设计和合成的生物而分子机器可以通常在自然界中发现,并已经演变成后其形式分子自然发生在地球上。

人工

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化学家已经合成了各种各样的人工分子机器(AMM),与生物分子机器相比,它们相当简单且体积很小。xxx个AMM是分子梭,由J. Fraser Stoddart爵士合成。甲分子梭是一个轮烷分子,其中一个环被机械地互锁到车轴与两个大体积瓶塞。环可以在具有各种刺激(例如光、pH、溶剂离子)的两个结合位点之间移动。作为1991年JACS的作者论文指出:“只要能够控制轮烷中一种分子组分相对于另一种分子的运动,就会出现构建分子机器的技术。” 机械联锁的分子体系结构带动了AMM设计和合成,它们提供定向的分子运动。如今,各种各样的AMM如下所列。

分子电动机

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分子马达是能够围绕单键双键转运动的分子。单键旋转电动机通常以化学反应为燃料,而双键旋转电动机通常以光为燃料。电机转速也可以通过仔细的分子设计来调整。碳纳米管纳米马达也已生产。

分子螺旋桨

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分子螺旋桨是在旋转时,可以推动流体,由于其被设计以类似于宏观螺旋桨特殊形状的分子。它具有围绕纳米级轴的圆周以一定螺距角连接的多个分子级叶片。

分子开关

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分子开关是可以两个或更多个稳定状态之间发生可逆转移的分子。响应于pH、光、温度、电流、微环境或配体的存在,分子可在状态之间移动。

分子穿梭

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甲分子梭是这样的分子能够穿梭分子或离子从一个位置到另一个位置的。常见的分子穿梭分子由轮烷组成,大环可以沿着哑铃骨架在两个位点或位置之间移动。

纳米汽车

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纳米汽车是类似于宏观汽车的单分子汽车,对于理解如何控制表面上的分子扩散非常重要。詹姆斯·M·图尔(James M. Tour)在2005年合成了xxx批纳米汽车。它们具有H形底盘和四个分子轮(富勒烯),这些分子轮附着在四个角上。在2011年,本·费林加(Ben Feringa)和他的同事们合成了xxx台电动纳米汽车,该汽车的分子电动机作为底盘连接在底盘上。作者通过提供扫描隧道显微镜尖端的能量,能够证明纳米汽车在铜表面的定向运动。后来在2017年,世界上xxx次纳米汽车竞赛发生在图卢兹。

分子机器

分子平衡

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分子平衡是一种分子,可以响应多种分子内和分子间驱动力的动力学,例如氢键、疏溶剂 /疏水作用,而在两个或多个构象或构型状态之间相互转换, π相互作用和空间和分散的相互作用。分子平衡可以是小分子或大分子,例如蛋白质。例如,合作折叠的蛋白质已被用作分子平衡来测量相互作用能和构象倾向。

分子镊子

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分子镊子是能够在其两个臂之间固定物品的宿主分子。分子镊子的开腔使用非共价键结合物品,包括键、金属配位、疏水力范德华力,π相互作用或静电效应。据报道,分子镊子的例子是由DNA构建的,被认为是DNA机器

分子传感器

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分子传感器是与分析物相互作用以产生可检测的变化的分子。分子传感器分子识别与某种形式的报告分子结合在一起,因此可以观察到该项目的存在。

分子逻辑门

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分子逻辑门是这样的分子,其对一个或多个逻辑输入的逻辑操作,并产生一个单一的逻辑输出。与分子传感器不同,分子逻辑门仅在存在输入的特定组合时才输出。

分子组装剂

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甲分子汇编是能够引导分子机化学反应通过定位活性分子与精度。

分子铰链

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分子铰链是可以以可逆方式选择性地从一种构型切换到另一种构型的分子。这种构型必须具有可区分的几何形状,例如V形分子的顺式或反式异构体偶氮化合物在接收UV-Vis光后会执行顺反异构。

研究

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构建更复杂的分子机器是理论和实验研究的活跃领域。已经设计了许多分子,例如分子推进器,尽管缺乏构建这些分子的方法抑制了对这些分子的实验研究。在这种情况下,理论模型对于理解轮烷的自组装/分解过程非常有用,这对于光动力分子机器的构建很重要。这种分子水平的知识可能会促进实现更复杂,多功能和有效的分子机器,以实现包括分子组装器在内的纳米技术领域。

尽管目前尚不可行,但分子机器的某些潜在应用是分子水平的运输,纳米结构和化学系统的操纵,高密度固态信息处理和分子修复。在实际使用分子机器之前,需要克服许多基本挑战,例如自主运行、机器复杂性、机器合成的稳定性和工作条件。

在2018年,由日本大阪大学的研究人员领导的国际研究人员团队创建了一种分子机器,其中使用了机械棘轮的元件。该机器的主要优势是它仅提供一个方向的移动。此外,分子机的结构的一些特征提供的最佳平衡,所产生的运动和化学反应性,使它的分子,即本身是一个问题之间。

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词条目录
  1. 什么是分子机器
  2. 类型
  3. 人工
  4. 分子电动机
  5. 分子螺旋桨
  6. 分子开关
  7. 分子穿梭
  8. 纳米汽车
  9. 分子平衡
  10. 分子镊子
  11. 分子传感器
  12. 分子逻辑门
  13. 分子组装剂
  14. 分子铰链
  15. 研究

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