Motor molecular ganha um câmbio para transferir movimento

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/02/2020

Ilustração do conjunto motor-câmbio moleculares e descrição do seu movimento.
[Imagem: Henry Dube Lab]

Motor molecular que realiza trabalho

Uma equipe de químicos alemães conseguiu pela primeira vez acoplar o movimento direcional de um motor molecular, cujo movimento é induzido por luz, a uma unidade química diferente, criando uma espécie de câmbio de transmissão que permite aproveitar a energia gerada pelo motor.

Este é um passo importante para a concretização das tão sonhadas nanomáquinas sintéticas - a nanotecnologia das máquinas moleculares ganhou o Nobel de Química em 2016.

Motores moleculares são compostos químicos que convertem energia em movimentos direcionais. Por exemplo, é possível fazer com que um substituinte ligado a uma ligação química específica gire unidirecionalmente quando exposto à luz de um certo comprimento de onda. Moléculas desse tipo são, portanto, de grande interesse como unidades motrizes para nanomáquinas.

No entanto, para executar um trabalho útil, os motores moleculares precisam ser integrados em conjuntos maiores, de modo que seus movimentos mecânicos possam ser acoplados a outras unidades moleculares que façam um trabalho útil.

Câmbio molecular

Edgar Uhl e seus colegas da Universidade Ludwig-Maximilians criaram um acoplamento que transfere o movimento unidirecional de um motor químico a uma unidade receptora, demonstrando não apenas que o motor faz com que o receptor gire na mesma direção, mas ao mesmo tempo acelera significativamente sua rotação.

Ou seja, não é um simples eixo, mas uma espécie de câmbio, que permite controlar a velocidade do motor - e até freá-lo.

O motor molecular é baseado na molécula hemitioindigo, que contém uma ligação móvel de carbono duplo (-C=C-). Quando o composto é exposto à luz com um comprimento de onda específico, essa ligação gira unidirecionalmente.

Para verificar se a molécula motorizada era mesmo a responsável pelo movimento da molécula que transfere o movimento - e não simplesmente influenciando sua direção de rotação - Uhl adicionou um freio ao sistema, que reduz o movimento termal do conjunto. Esse freio garantiu que o motor tivesse que gastar energia para superar o efeito do freio, a fim de fazer a ligação do câmbio voltar a girar na mesma velocidade.

"Esse experimento nos permitiu confirmar que o motor realmente determina a taxa de rotação da ligação única - e de fato aumenta em várias ordens de magnitude," explicou o professor Henry Dube, coordenador da equipe.

Esquema do nanomotor com transmissão.
[Imagem: Edgar Uhl et al. - 10.1002/anie.201913798]

Energia gerada por um motor molecular

A configuração experimental também permitiu que os químicos quantificassem a energia potencial disponível para conduzir um trabalho útil, fornecendo a primeira indicação de quanto trabalho pode ser efetivamente realizado por um motor molecular sob condições realistas.

"Até 72% do aumento potencial de energia inicial foi realmente transmitido, o que corresponde diretamente à quantidade de trabalho que a unidade motora seria capaz de executar no sistema biarial," escreveram os pesquisadores.

"Nosso próximo desafio será demonstrar que a energia transmitida neste sistema pode realmente ser usada para executar trabalhos úteis em escala molecular," disse Dube.

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