Molekyyliantennit tehostavat molekyylikytkimiä

Kohdennetuista syöpähoidoista itseään parantaviin materiaaleihin ja mikroskooppisiin robotteihin monet uudet teknologiat ovat riippuvaisia molekyyleistä, joita voidaan ohjata valolla.

Tohokun yliopiston tutkijat ovat nyt kehittäneet tavan tehdä näistä valoon reagoivista molekyyleistä paljon herkempiä näkyvälle valolle käyttämällä molekyyliantennia.

"Yksi suurimmista haasteista on ollut sellaisten valokytkimien kehittäminen, jotka reagoivat tehokkaasti näkyvään valoon vaarantamatta niiden lämpöstabiilisuutta", sanoo apulaisprofessori Ryojun Toyoda. "Molekulaarinen antennistrategiamme ratkaisee tämän kompromissin, minkä ansiosta voimme kerätä näkyvää valoa paljon tehokkaammin säilyttäen samalla käytännön sovellusten edellyttämän kytkentäkäyttäytymisen."

Monissa tosielämän sovelluksissa valokytkimien on toimittava syvällä materiaalien tai biologisten kudosten sisällä, missä valo menettää intensiteettiään sirotessaan. Näkyvä valo on erityisen houkuttelevaa, koska se tunkeutuu näihin ympäristöihin tehokkaammin kuin ultraviolettivalo. Useimmat perinteiset atsobentseenillä toimivat valokytkimet ovat kuitenkin suhteellisen epäherkkiä näkyville aallonpituuksille, ja aiemmat pyrkimykset parantaa niiden suorituskykyä usein heikensivät niiden vakautta.

Ratkaistakseen tämän ongelman tutkijat tekivät yhteistyötä professori Shirin Farajin ryhmän kanssa Heinrich Heine -yliopistossa Düsseldorfissa suunnitellakseen dipyrriinikomplekseilla varustettuja atsobentseenimolekyylejä, jotka toimivat erittäin tehokkaina molekyyliantenneina. Nämä antennit absorboivat näkyvää valoa ennen kuin siirtävät kaapatun energian suoraan atsobentseeniyksikköön, mikä käynnistää sen rakenteellisen muutoksen.

Toisin kuin monissa aiemmissa strategioissa, uusi molekyyliarkkitehtuuri säilytti myös valokytkimien termostabiilin käyttäytymisen, minkä ansiosta ne pystyivät säilyttämään kytkentätilansa sen sijaan, että ne palautuisivat nopeasti.

”Tämä työ tarjoaa uuden suunnitteluperiaatteen erittäin herkille molekyylivalokytkimille”, Toyoda lisää. ”Uskomme, että nämä molekyyliantennit nopeuttavat molekyylikoneiden, älykkäiden materiaalien, fotofarmakologian ja muiden sellaisten teknologioiden kehitystä, jotka perustuvat tarkkaan valolla ohjattuun molekyylien liikkeeseen.”

Tutkijat suunnittelevat seuraavaksi integroivansa nämä erittäin herkät valokytkimet toiminnallisiin järjestelmiin, kuten molekyylirobotteihin, valoon reagoiviin älypintoihin ja teknologioihin DNA:n ja proteiinien manipuloimiseksi valolla.

Tällainen teknologia voisi jonain päivänä mahdollistaa kaiken älykkäistä materiaaleista, jotka reagoivat ympäristöönsä, lääkkeisiin, jotka voidaan aktivoida vain siellä missä ja milloin niitä tarvitaan.

Aiheesta aiemmin:

Lämpöenergialla jatkuvasti toimivat DNA-molekyylikoneet

Molekyylirobotit parveutuvat yhteistyöhön