Profesör Alberto Credi liderliğindeki Bologna Üniversitesi’nden bilim adamları, ışık kaynaklı reaksiyonlar ve kendi kendine toplanma süreçlerini kullanarak halka şeklindeki bir molekülün boşluğuna iplik benzeri bir molekül yerleştirmeyi başardılar. Bu, termodinamik dengede mevcut olmayan yüksek enerjili bir geometri ile mümkün olmaktadır. Başka bir deyişle ışık, normalde erişilemeyecek moleküler bir bileşiğin yaratılmasını mümkün kılar.
“Sulu bir çözeltiyi ışık enerjisine maruz bırakarak, moleküler kendiliğinden birleşmenin termodinamik minimuma ulaşmasını engellemenin mümkün olduğunu ve bunun sonucunda dengede gözlemlenenle aynı olmayan bir ürün ortaya çıktığını gösterdik. Canlı organizmaların birçok fonksiyonunun temelini oluşturan bu davranış, tasarlanması ve gözlemlenmesi çok zor olduğundan yapay moleküllerde yeterince anlaşılamamıştır. Yaklaşımımızın basitliği ve çok yönlülüğü, görünür ışığın temiz ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı olması gerçeğiyle birleştiğinde, teknoloji ve tıbbın çeşitli alanlarındaki gelişmeleri önceden tahmin etmemize olanak tanıyor” diyor Alberto Credi.
Nanometre yapılı sistem ve malzemeler elde etmek için moleküler bileşenlerin kendiliğinden birleşmesi nanoteknolojinin ana süreçlerinden biridir. Moleküllerin termodinamik denge durumuna, yani minimum enerjiye ulaşmak için gelişme eğilimini kullanır.
Ancak canlı organizmalar, termodinamik dengenin dışında meydana gelen ve ancak dışarıdan enerji verildiğinde gerçekleşebilen kimyasal dönüşümler yoluyla işlev görürler.
Bu tür mekanizmaların yapay sistemlerde kopyalanması karmaşık ve iddialı bir iştir; bu görev başarıldığı takdirde, uyaranlara yanıt verebilen ve çevreyle etkileşime girebilen, örneğin akıllı ilaçlar ve aktif maddeler geliştirmek için kullanılabilecek yeni maddelerin yaratılmasına olanak sağlayabilir. .
Etkileşen bileşenler, siklodekstrinler, kesik konik şekilli içi boş, suda çözünebilen moleküller ve ışığa maruz kaldığında şekil değiştiren moleküller olan azobenzen türevleridir. Suda, bu bileşenler arasındaki etkileşim, siklodekstrinin boşluğuna filamentli bir azobenzen molekülünün yerleştirildiği supramoleküler komplekslerin oluşumuna yol açar.
Bu çalışmada, filamentli molekülün iki farklı ucu vardır ve siklodekstrinin iki ucu da farklı olduğundan, ilkinin ikinciye eklenmesi, iki bileşenin göreceli oryantasyonları farklı olan iki farklı kompleks üretir.
A kompleksi, B kompleksinden daha kararlıdır, ancak ikincisi, birincisinden çok daha hızlı oluşur. Işığın yokluğunda, yalnızca termodinamik olarak uygun olan kompleks, yani A gözlenir.
Solüsyonun görünür ışıkla ışınlanmasıyla azobenzen, siklodekstrine benzer şekilde genişletilmiş bir şekilden, kaviteyle uyumsuz kavisli bir şekle dönüşerek kompleksin ayrışmasına neden olur. Bununla birlikte, aynı ışık, azobenzeni bükülmüş halinden genişlemiş biçimine yeniden dönüştürebilir ve ayrışan bileşenler yeniden bir araya gelebilir.
B kompleksi A’dan çok daha hızlı oluştuğundan, sürekli aydınlatma altında B kompleksinin baskın ürün olduğu kararlı bir duruma ulaşılır. Işık kapatıldığında azobenzen yavaş yavaş genleşmiş formuna döner ve bir süre sonra sadece A kompleksi gözlenir.
Fotokimyasal bir reaksiyonla birleşen bu kendi kendine toplanma mekanizması, kararsız ürünleri biriktirmek için ışık enerjisinin kullanılmasına izin verir, böylece yeni kimyasal sentez yöntemlerinin ve dinamik moleküler malzemelerin ve cihazların (örneğin nanomotorlar) geliştirilmesinin önünü açar. -canlı organizmalar gibi denge koşulları.
