Bilim adamları moleküler düzeyde kimyasal motorlar yaratıyor

Kimya endüstrisinde son zamanlarda yapılan üç çalışma, moleküler düzeyde pompalarda ve döner motorlarda atılımlar yaptı. Mikroskobik cihazlar henüz resmi gala ve gerçek kullanım için hazır değil, ancak umutları Teknoloji büyük olanlar var. Geleceğin mikro motorları, karbondioksiti doğrudan atmosferden emebilecek, ardından alınan enerjinin yardımıyla deniz suyundan değerli metalleri çıkaracaklar.

Bize tanıdık gelen içten yanmalı motorlar, yüksek enerjisi nedeniyle pistonları, dişlileri ve diğer mekanizmaları kesin olarak belirlenmiş bir yönde iten ısı üretmek için yakıt yakar. Ancak moleküler düzeyde tamamen farklı bir prensip işler. Kaybolan küçük boyutlu parçacık parçacıkları nedeniyle, moleküler rotorlar, ısı sağlandığında eşit olasılıkla hem saat yönünde hem de saat yönünün tersine hareket edebilir. Moleküller rastgele hareket eder, bu da çok sayıda mikromotorun koordineli çalışmasını imkansız hale getirir.



Northwestern Üniversitesi'nde organik kimyager olan Fraser Stoddart, yıllarca bu sorunu çözmek için mücadele etti. Sonunda sonuca ulaştı ve 2016'da Nobel Ödülü'ne layık görülen ilk kimyasal bazlı moleküler makinelerden birini yaratmayı başardı. Stoddart liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, belirli reaktiflerin etkisi altında moleküler ekseni "saran" mikroskobik halkalar icat etti. Başlangıçta, rotorların hareketinin kaotik doğası devam etti, bu da işe yaramaz oldukları anlamına geliyordu.

Bununla birlikte, zamanla, Stoddart'ın ekibi mikromotorların düzensiz hareketi sorununu çözdü. Aralık 2021'de Science dergisinde bilim adamları, bunun için organometalik bir çerçeve kullanarak yeni nesil moleküler pompaları hareketsiz hale getirmeyi başardıklarını bildirdiler. Araştırmacılar, her bir mikroskobik rotoru kelimenin tam anlamıyla bu yapıya bağladılar ve deney boyunca korunan kesin olarak tanımlanmış bir konum belirlediler.




Manchester Üniversitesi'nde kimyager olan David Lee ve bilim adamlarından oluşan ekibi daha da ileri gitti ve yakın zamanda "yakıta" erişimi olduğu sürece sürekli dönen mikroskobik bir rotor yarattı. Şu anda rotor son derece yavaş dönüyor ve günde yaklaşık üç devir yapıyor. Araştırmacılar bu süreci hızlandırmak için çalışıyorlar ve kelimenin tam anlamıyla her gün moleküler mekanizmalar oluşturmak için yeni kurallar keşfediyorlar.