光驱动分子马达的多种用途介绍

据麦姆斯咨询报道，一段时间以来，由光控制运动的旋转分子马达一直是研究的热门主题，在合成机械系统和纳米活化方面具有潜在的应用。

旋转分子马达的多功能性导致了器件设计和供能的不同方法。维尔茨堡大学（University of Würzburg）的一项研究案例涉及构建微米级机械系统，其中嵌入了多达四个可独立寻址的纳米分子马达，类似于空中无人机上的转子。

在生物系统或血管内使用这种微型机械系统自然很有吸引力，但迄今为止，由于光对许多有机组织的穿透有限，并且难以追踪分子马达在它们运动时的实际位置，因此光驱动分子马达的适用性一直受到阻碍。

格罗宁根大学（University of Groningen）的一个研究项目现在已经构建了一种光驱动分子马达，其中光刺激不仅产生运动，还产生荧光，在单个分子中结合了两种光介导的功能。这项研究结果发表在Science Advances和Nature Communications期刊上。

实现运动和荧光两种功能的旋转分子马达

根据格罗宁根大学研究团队的说法，通常，上述两个光化学事件（光刺激产生运动和荧光）在同一个分子中是不相容的——光驱动分子马达在运动时就没有荧光功能，或者产生荧光时就无法运动。

“在过去几十年成功设计分子马达之后，下一个重要目标是使用此类分子马达控制各种功能和特性。”因开发分子马达而获得2016年诺贝尔化学奖的格罗宁根大学教授Ben Feringa说，“由于这是光驱动的旋转马达，因此设计一个除了旋转运动之外还具有由光能控制的另一个功能的系统尤其具有挑战性。”

多功能马达的多种用途

格罗宁根大学的研究项目针对该问题开发了两种解决方案。一种方案是将光致发光染料化学附着在垂直于马达上部的分子结构上，影响分子系统的共轭是防止两种功能相互阻断，从而同时发生旋转运动和荧光发光的方式。

这具有额外的优势，即改变所使用的溶剂环境可以改变两种功能之间的平衡，从而有效地使马达对其周围环境敏感。

另一种方案是基于由双光子吸收驱动的现有马达设计，其中光敏分子天线收集入射的红外光子以驱动马达。对天线的修改使其具有两种激发态，一种是其能量被转移到马达，另一种是分子通过荧光发光。

格罗宁根大学的研究代表了第一种具有旋转和长寿命光致发光双重功能的人工分子马达，这种组合可以扩大该技术的潜在应用。

“这是非常强大的方案，我们可能会应用它来展示这些分子马达如何穿过细胞膜或在细胞内移动，因为荧光是一种广泛使用的技术，可以显示分子在细胞中的位置。”Ben Feringa评论道，“我们还可以用它来追踪光驱动马达引起的运动，或在纳米尺度上追踪分子马达诱导的运输。这都是后续研究的一部分。”

审核编辑：刘清