Исследовательская группа разработала наночастицы с эффектом преобразования для питания молекулярных моторов
Исследовательская группа разработала наночастицы с эффектом преобразования, чтобы помочь в питании молекулярных моторов. Эти наночастицы могут преобразовывать излучение ближнего инфракрасного диапазона, которое способно проникать в объёмные материалы, в синий или ультрафиолетовый свет, эффективно питающий моторы. В результате теперь эти моторы можно эффективно использовать для придания объёмным материалам реактивности или в качестве молекулярных переключателей в биологических приложениях. Результаты были опубликованы в прошлом месяце в Journal of the American Chemical Society.
В сотрудничестве участвовали
В сотрудничестве приняли участие профессор Бен Феринга из Университета Гронингена, профессор Хонг Чжан и его аспирант доктор Кефан Ву из Института молекулярных наук Ван ‘т Гоффа при Амстердамском университете.
Решение насущной проблемы
Наночастицы с эффектом преобразования решают насущную проблему практического применения молекулярных моторов: они наиболее эффективно работают от синего или ультрафиолетового света. При интеграции в объёмные материалы или при применении в устройствах, используемых в биологических тканях, малая глубина проникновения синего или ультрафиолетового света препятствует эффективной активации моторов. Кроме того, ультрафиолетовое излучение может быть довольно вредным.
Решением могло бы стать создание моторов, чувствительных к ближнему инфракрасному излучению, которое обеспечивает большую глубину проникновения и является относительно безвредным. Однако для этого потребовалось бы снабдить моторы дополнительными молекулярными группами, что усложнило бы их синтез. Кроме того, было бы непросто реализовать достаточную фотоэффективность в молекулярных моторах, напрямую управляемых инфракрасным излучением.
Новая стратегия
В своей статье исследовательская группа из Гронингена и Амстердама сообщает о новой стратегии питания молекулярных моторов с высокой эффективностью с помощью ближнего инфракрасного излучения. Она основана на опыте профессора Хонга Чжана в области спектрально настраиваемых наночастиц с эффектом преобразования (UCNPs), которые эффективно обеспечивают механизм радиационной передачи энергии.
Подробно, UCNPs, состоящие из фторида иттрия натрия, легированного различными ионами лантаноидов, действуют как преобразователи нанометрового масштаба, преобразуя NIR-свет в УФ/видимые фотоны. При поглощении молекулярными моторами эти фотоны запускают однонаправленное вращательное движение таким образом, что это сравнимо с прямым возбуждением УФ/видимым светом.
Экспериментальные результаты
Серия экспериментальных результатов на молекулярных моторах демонстрирует эффективность этой стратегии в замене прямого УФ/видимого излучения. Это особенно полезно в биологических условиях, где требуется глубокое проникновение света и снижение фототоксичности, а также в чувствительных к УФ/видимому свету системах, таких как объёмные твёрдые тела. Кроме того, не требуется сложной предварительной функционализации молекул.
По словам команды, подход демонстрирует высокую универсальность и возможности в активации молекулярных моторов с помощью NIR-света. Это имеет значительный потенциал для реального применения молекулярных машин в динамических и умных материалах, особенно в биологической области.
Предоставлено Университетом Амстердама.