Хіміки з Університету Гронінгена під керівництвом лауреата Нобелівської премії Бена Ферінга розробили механізм передачі механічного обертання від молекулярного мотора до ротора. У новому «пристрої» - молекулі під дією світла запускається суворо контрольоване обертання навколо двох осей. На базі подібних структур можливе створення більш складних молекулярних машин, що містять кілька синхронізованих рухомих елементів. Дослідження опубліковано в журналі
Хіміки навчилися синтезувати штучні молекулярні машини лише 20-30 років тому. У 2016 році за серію робіт з розробки та синтезу молекулярних машин були вручені Нобелівські премії - Бену Ферінга, Фрейзеру Стоддарту і Жан-П'єру Соважу («Машина з пробірки»). Однак в існуючих машинах практично не було механізму передачі обертання від одного елемента до іншого. Десять років тому групі Ферінга вдалося синтезувати молекулу, що нагадувала собою стик між двома «шестеренками» (точніше, трилопастними роторами), але в ній обертання було неконтрольованим і хаотичним.
У новій роботі Ферінга і його колеги модифікували один з перших молекулярних моторів. Автори розробили і синтезували речовину, молекули якої володіють двома роторами. Один з них обертається контрольовано, строго в одному напрямку при опроміненні м'яким ультрафіолетом. Другий ротор здатний неконтрольовано обертатися навколо своєї осі, проте лопасть першого ротора і невеликий стопор (MeO на схемі) не дозволяє другому зробити повний оборот. Коли перший ротор робить поворот на 180 градусів навколо своєї осі, його лопасть зачіпає лопату другого ротора і змушує її повернутися на 180 градусів. З новим фотоном дія повторюється.
Автори зазначають, що розробка такого, здавалося б, простого механізму зажадала детального опрацювання всіх стадій повороту роторів. На кожній з чотирьох стадій повороту потрібна суворо певна кількість підвідної енергії (у вигляді фотонів або теплового руху молекул) - в іншому випадку робота молекулярного мотора буде хаотичною (занадто велика кількість енергії дозволить мотору обертатися і в «неправильних» напрямках теж) або зовсім неможливою (при нестачі енергії обертання не буде).
Раніше ми повідомляли про синтез інших молекулярних машин. Так, китайським хімікам вдалося синтезувати молекулярні турнікети, що обертаються строго в певну сторону. Два роки тому група Стоддарта продемонструвала «насос», здатний перекидати вздовж свого ланцюжка кільця ротаксана, навіть проти градієнта концентрації. Близько півроку тому група Берінга показала молекулярну машину, здатну розплутувати подвійну спіраль.