红外天线为分子电动机供电

光控分子马达可用于创建功能材料以提供自主运动，或用于可根据命令做出响应的系统。对于生物应用，这需要电动机由穿透组织的低能量，低强度的光驱动。格罗宁根大学的化学家设计了一种旋转电机，该电机通过在电机分子上添加天线来有效地利用近红外光提供动力。10月28日的《科学进展》杂志介绍了这种设计和功能。

格罗宁根大学有机化学教授Ben Feringa于1999年介绍了第一台光驱动单向旋转分子电动机的设计和构造。2016年，他是该设计的三项诺贝尔化学奖获得者之一和生产分子机器。此后，他的分子马达得到了发展，但是应用的主要限制是它们由紫外线驱动。在许多应用中，紫外线可能对周围的材料有害。迄今为止，尝试使用能量较低的近红外光子为这些电机供电均未成功。

能源

使马达分子直接接受两个低能光子而不是一个高能光子的适应方法尚未成功。这就是为什么Feringa实验室的科学家现在尝试了另一种方法。通过共价键，马达分子与天线相连，该天线可以吸收两个近红外光子。天线产生的激励然后传递到分子的电机部分。

这项工作大部分是由Feringa实验室的博士后研究员Lukas Pfeifer进行的，他现在在洛桑的瑞士ÉcolePolytechniqueFédérale工作。他解释说：“要使系统正常工作，必须对天线和电机的能量水平进行严格调整。” 这意味着要设计一种分子马达，要求天线提供运动所需的确切能量。“而且它还需要一个连接器，该连接器允许在不干扰电动机旋转的情况下安装天线。”

科学家一直在寻找使用近红外光的方法，但是到目前为止，所有尝试都没有成功。格罗宁根大学的研究人员现在设计了一种天线，该天线吸收近红外光的能量。该天线连接到电机分子，在那里将能量直接传输到驱动电机运动的轴上。结果是一种由近红外光驱动的运动分子，使医疗应用更近了一步。图片来源：Nong Hoang和Lukas Pfeiffer

简单

格罗宁根大学超快光谱学教授马克西姆·普申尼尼科夫(Maxim Pshenichnikov)解释说：“这是激发态的直接转移，非常类似于吉他上的两根弦在敲击时会产生共振的方式。” 《科学进步》论文的作者。这个想法似乎很简单。Pshenichnikov说：“如果您知道它是如何工作的，它将变得非常简单。” “但是化学设计当然并不简单。”

导致电机运动的一系列复杂事件发生的时间范围很广，从皮秒(10 -12 s)到分钟。Pfeifer使用NMR和Nong Hoang博士研究了不同的时间范围。普舍尼奇尼科夫研究小组的学生，使用超快光谱。首先，天线捕获两个近红外光子。随后是能量转移，从而启动电动机运动。幸运的是，设计工作非常有效。

梦想

Ben Feringa说：“经过多年的分子马达设计，能够克服为这些分子旋转马达提供动力的高能紫外线的需求，就像梦想成真。” “我认为我们的结果代表了人工分子电动机设计的重要里程碑，并为从响应材料到生物分子系统的未来应用提供了许多前景。”

下一步是简化电机天线复合体的结构。这将允许引入其他功能。新的运动分子的可能应用是用作触发以释放生物系统中囊泡的内容物。普舍尼奇尼科夫：“我真的很好奇，看看这个系统的下一代将如何发展。”

简单科学摘要

1999年，格罗宁根大学有机化学教授Ben Feringa创造了第一个光驱动分子马达。这些微型电机可用于各种纳米技术应用中，例如在药物输送中。但是，它们由紫外线驱动，这可能是有害的。科学家一直在寻找使用近红外光的方法，但是到目前为止，所有尝试都没有成功。格罗宁根大学的研究人员现在设计了一种天线，该天线吸收近红外光的能量。该天线连接到电机分子，在那里将能量直接传输到驱动电机运动的轴上。结果是由近红外光驱动的电机分子，使医疗应用程序更近了一步。

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