Międzynarodowy zespół naukowców opracował nową strategię projektowania motorów molekularnych napędzanych światłem, które cechują się wysoką wydajnością i mogą działać nawet pod wpływem światła słonecznego. Wyniki badań, których współautorem jest dr inż. Wojciech Danowski z Wydziału Chemii UW, zostały opublikowane w czasopiśmie „Journal of the American Chemical Society”.
Motory molekularne to jedne z najbardziej zaawansowanych przykładów maszyn molekularnych – cząsteczek zdolnych do wykonywania kontrolowanego ruchu pod wpływem bodźców zewnętrznych. Szczególne znaczenie mają układy napędzane światłem, ponieważ umożliwiają zdalne, precyzyjne i nieinwazyjne sterowanie ruchem na poziomie pojedynczych cząsteczek. Takie systemy są intensywnie badane jako elementy przyszłych materiałów adaptacyjnych, nanotechnologii oraz dynamicznych układów molekularnych.
Nowa strategia projektowania motorów molekularnych pozwala tworzyć układy o wysokiej wydajności i precyzyjnie dostosowanych właściwościach, zdolne do efektywnego działania pod wpływem światła słonecznego. Osiągnięcie, opisane na łamach „Journal of the American Chemical Society”, stanowi ważny krok w rozwoju maszyn molekularnych, które w przyszłości mogą znaleźć zastosowanie m.in. w inteligentnych materiałach i nanotechnologii. W badaniach uczestniczył dr inż. Wojciech Danowski z zespołu badawczego „Fizyczna Chemia Organiczna” na Wydziale Chemii UW.
Strategia inżynierii molekularnej
W opublikowanej pracy autorzy przedstawili strategię inżynierii molekularnej pozwalającą otrzymać bibliotekę motorów molekularnych pierwszej generacji o wysokiej wydajności kwantowej fotoizomeryzacji i zróżnicowanej funkcjonalności. Kluczowym założeniem było wykorzystanie reakcji chemicznych umożliwiających modyfikację klasycznego szkieletu motoru molekularnego na późnym etapie syntezy, co pozwoliło na systematyczne zbadanie, w jaki sposób subtelne zmiany strukturalne wpływają na właściwości fotochemiczne, możliwości funkcjonalizacji oraz szybkość rotacji tych układów.
– Badania wykazały, że odpowiednio dobrane grupy funkcyjne pozwalają precyzyjnie regulować działanie motorów molekularnych. Szczególnie istotnym wynikiem było wskazanie para-formylacji jako skutecznej zasady projektowej prowadzącej do znacznego zwiększenia fotoefektywności tych układów. Otrzymane motory wykazują bardzo wysoką czułość na światło słoneczne zarówno w roztworze, jak i po wprowadzeniu do matrycy polimerowej – wyjaśnia dr inż. Wojciech Danowski z Wydziału Chemii UW.
Wyniki otwierają nowe możliwości projektowania wysokowydajnych motorów molekularnych o zadanych funkcjach, które mogą znaleźć zastosowanie w nowoczesnych materiałach reagujących na światło. Praca poszerza syntetyczny „zestaw narzędzi” chemii maszyn molekularnych i wskazuje praktyczne kierunki dalszego projektowania układów zdolnych do efektywnego działania pod wpływem naturalnego oświetlenia.