Moleculaire machine

Moleculaire machines zijn een klasse moleculen die doorgaans worden beschreven als een verzameling van een discreet aantal moleculaire componenten die bedoeld zijn om mechanische bewegingen te produceren als reactie op specifieke stimuli, waarbij macromoleculaire apparaten zoals schakelaars en motoren worden nagebootst. Natuurlijk voorkomende moleculaire machines (biologische moleculaire machines) zijn verantwoordelijk voor vitale levende processen zoals DNA-replicatie en ATP-synthase. Kinesinen en ribosomen zijn voorbeelden van biologische moleculaire machines en ze nemen vaak de vorm aan van multi-eiwitcomplexen. De afgelopen decennia hebben wetenschappers, met wisselend succes, geprobeerd machines uit de macroscopische wereld te miniaturiseren. Het eerste voorbeeld van een kunstmatige moleculaire machine (AMM) werd gerapporteerd in 1994, een rotaxaan met een ring en twee verschillende mogelijke bindingsplaatsen.

In 2016 werd de Nobelprijs voor Scheikunde toegekend aan Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart en Bernard L. Feringa voor het ontwerp en de synthese van moleculaire machines.

AMM's zijn de afgelopen decennia snel gediversifieerd en hun ontwerpprincipes, eigenschappen en methoden zijn beter geschetst. Een belangrijk uitgangspunt voor het ontwerp van AMM's is het benutten van de bestaande bewegingsmodi in moleculen, zoals rotatie rond enkelvoudige bindingen of cis-trans-isomerisatie. Er worden verschillende AMM's geproduceerd door verschillende functionaliteiten te introduceren, zoals de introductie van bistabiliteit om schakelaars te creëren. Er is een breed scala aan AMM's ontworpen, met verschillende eigenschappen en toepassingen; sommige hiervan omvatten moleculaire motoren,^[1] schakelaars, en logische biologische poorten. Er is een breed scala aan toepassingen aangetoond voor AMM's, waaronder toepassingen die zijn geïntegreerd in polymerisch-, vloeibaar kristal- en krystallijne-systemen voor uiteenlopende functies (zoals materialennderzoek, homogene katalyse en oppervlaktechemie).

1. ↑ Carroll, GT, Pollard, MM, van Delden, RA, Feringa, BL (2010). Controlled rotary motion of light-driven molecular motors assembled on a gold surface. Chemical Science 1 (1): 97–101. DOI: 10.1039/C0SC00162G.