Struktur molekuler seperti rantai Daisy meniru otot buatan

Kode Genetika Asam Amino (Juli 2019).

Anonim

(Phys.org) -Para ilmuwan dari Taiwan telah membuat struktur molekuler seperti daisy-rantai yang saling terkait yang dapat beralih dari posisi diperluas dan dikontrak berdasarkan penghapusan dan penambahan seng, meniru perilaku otot. Pekerjaan mereka muncul di Nature Chemistry.

Saklar molekuler telah menarik bagi para ilmuwan selama bertahun-tahun. Salah satu desain untuk switch molekuler adalah melalui molekul interlocking, yang dikenal sebagai rotaxanes, di mana molekul linear berulir menjadi macrocycle. Molekul bertautan dapat secara selektif melingkari posisi yang berbeda pada benang linier ketika stimulus eksternal diterapkan.

Dalam penelitian ini, Chang, dkk. membuat monomer yang memiliki komponen linier dan komponen makrosiklik pada molekul yang sama dengan gagasan bahwa dalam larutan monomer ini akan berkumpul dengan gaya seperti daisy-chain. Untuk mengontrol berapa banyak monomer yang teragregasi, mereka memvariasikan spacer antara bagian bipyridine pada lengan lurus dan 2, 6-bis (hydroxymethyl) pyridine dari macrocycle. Hal ini memungkinkan mereka untuk menyesuaikan apakah struktur supramolekul disukai dua ((c2) DC), tiga ((c3) DC), atau empat ((c4) DC) terjalin monomer.

Dengan menggunakan metode NMR, termasuk spektroskopi difusi-pesanan, dan kristalografi sinar-X, mereka menemukan bahwa ketika tidak ada spacer antara bipiridin dan 2, 6-bis (hidroksimetil) piridin, maka molekul (c4) DC lebih disukai. Ketika mereka menggunakan acetylene, benzene, atau keduanya sebagai spacer, maka molekul (c3) DC lebih disukai. Molekul DC (c2) lebih disukai ketika spacer adalah benzena dengan acetylenes di kedua sisinya.

Trennya adalah bahwa seiring dengan panjang spacer yang meningkat, struktur supramolekul yang saling berpaut berubah dari mendukung (c4) DC menjadi (c2) DC. Para penulis berpendapat bahwa hal ini disebabkan oleh penurunan strain torsional, dan ketika molekul menjadi lebih fleksibel, entropi menjadi faktor yang lebih dominan di mana produk lebih disukai.

Rantai Daisy dikumpulkan dengan Zn (ClO 4) 2. Seng koordinat ke bagian bipyridine pada lengan lurus dan 2, 6-bis (hydroxymethyl) bagian piridin pada macrocycle. Molekul bertautan ditutup dengan mereaksikan anilin dengan senyawa isosianat yang memiliki benzena dengan dua substituen trifluorometil. Ini menciptakan turunan urea yang berfungsi sebagai stasiun kedua dari saklar molekuler.

Ketika Zn2 + tidak ada, macrocycle mengelilingi komponen urea dari monomer. Ketika seng ditambahkan, macrocycle bergerak ke stasiun bipyridine, dan seluruh struktur mengembang. Ketika TPEN, sekuens seng ditambahkan ke larutan, monomer bermigrasi kembali ke posisi semula di mana komponen urea dikelilingi oleh macrocycle, atau posisi kontrak.

Menggunakan NMR, bingkai berputar Spektroskopi overhauser, dan analisis kristal X-ray, Chang, et al. menetapkan bahwa (c3) struktur DC adalah segitiga planar dan (c4) struktur DC adalah planar segi empat. Penambahan Zn 2+ menghasilkan gerakan dua dimensi untuk (c3) DC. Senyawa DC (c4), di sisi lain, memamerkan gerakan tiga dimensi. Ketika diperluas, ia berubah dari struktur planar menjadi tetrahedron. Perhitungan dasar menunjukkan bahwa (c3) DC meluas ke 23% peningkatan panjang sisi segitiga. (c4) DC meluas hingga 36% peningkatan panjang sisi. Ini dapat dibandingkan dengan otot manusia yang memiliki peningkatan persentase sebesar 27%.

Penelitian ini menunjukkan kemungkinan merancang switch molekuler yang dapat memperluas dan berkontraksi dalam dua dan tiga dimensi. Penelitian masa depan termasuk mengeksplorasi struktur lain serta menyesuaikan ekspansi molekul dan rangsangan kontraksi.

menu
menu