Molekuláris masinák megalkotói az idei kémiai Nobel-díjasok

A kémia világában teljesen megszokottak a kovalens (vagyis elektronok atomok közti megosztásán alapuló) kötések, ugyanakkor a hétköznapi életben ismert mechanikai kapcsolat - különösen az ember által tervezett vegyületekben -ritkaságnak számít. Az első ilyen, tudatosan létrehozott molekula szintézise az idei első kémiai Nobel-díjas, Jean-Pierre Sauvage érdeme, akinek 1983-ban sikerült két gyűrűs molekulát láncszerűen egymáshoz kapcsolnia. Így született meg az első úgynevezett katenán, vagyis mechanikusan kapcsolt láncmolekula.

Bernard L. Feringa, Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart Forrás: www.benferinga.com; stoddart.northwestern.edu; isis.unistra.fr/laboratory-of-inorganic-chemistry-jean-pierre-sauvage

E molekuláris mechanikai kapcsolat egyúttal a molekuláris gépek tudományának születését is jelentette, hiszen éppen az efféle kapcsolat szükséges ahhoz, hogy egy gép alkotóelemei elmozdulhassanak egymáshoz képest. Sauvage nem állt meg egyszerű molekuláris láncok készítésénél – képes volt olyan katenánt is létrehozni, amelyben az egyik gyűrű energia bevitelének hatására irányítottan forgott a másik körül.

A következő lépést az idei második díjazott, Fraser Stoddart tette meg, aki 1991-ben kifejlesztette a rotaxánt, amely nem más, mint egy aprócska molekuláris tengelyen csúszkáló gyűrű. Innen pedig már szinte csak egy lépés volt a molekuláris lift és a molekuláris izom, de Stoddart kutatótársaival molekuláris mikroprocesszort is kifejlesztett.

Négykerékhajtású molekuláris "autó"

A molekuláris motorok fejlesztése terén az igazi áttörést a harmadik díjazott, Bernard Feringa kutatásai hozták, aki 1999-ben olyan molekuláris rotort konstruált, amely UV-fény hatására adott irányban forogni kezdett – és nem is akármilyen sebességgel. A kémikusok addig fejlesztették a rendszert, amíg egészen 12 millió fordulat/másodpercig(!) jutottak. Több ilyen molekuláris motor segítségével egy (természetesen négykerékhajtású) “nanoautót” is készítettek, sőt, sok motor együttes erejével képesek voltak egy, az egyedi alkatrészek méreténél nagyjából 10 000-szer nagyobb, 28 mikrométeres üveghengert megforgatni.

A három idei díjazott kutató legnagyobb érdeme, hogy kiléptek az egyensúlyi kémia statikus világából – az energia befektetésével létrehozott irányított folyamatok pedig elengedhetetlenek minden élőlény és élettelen szerkezet működéséhez. Munkájuk megteremtette egy molekuláris gépészeti eszköztár alapjait, amelynek segítségével egyebek mellett 2013-ban egy olyan apró robotot is sikerült kifejleszteni, amely képes megragadni és egymáshoz kapcsolni két aminosavat.

A teljes sajtóanyag angol nyelven itt olvasható.