پژوهشگران موفق به ساخت نوعی ژل پلیمری با قابلیت انقباض و ذخیره انرژی نور، از طریق فعالیت موتورهای مولکولی مصنوعی شده‌اند. این نانوموتورها اگر توسط نور فعال شوند باعث پیچش زنجیرهای پلیمری ژل و انقباض آن می‌شوند.
سیستم‌های زنده قادر به ایجاد حرکات مولکولی جمعی هستند که در ابعاد ماکرو تأثیرگذار است. مانند ماهیچه‌ای که از طریق فعالیت هماهنگ موتورهای پروتئینی منقبض می‌شود.
تصویر زیر در سمت چپ نمایش شماتیک یک ژل پلیمر است که زنجیره‌هایش به علت چرخش موتورهای مولکولی دارای ارتباط متقابل هستند. (قسمت‌های قرمز و آبی موتور درصورتی‌که انرژی‌شان تأمین شود می‌توانند به هم تبدیل شوند.) در تصویر سمت راست می‌بینیم که وقتی موتورها در معرض نور قرار بگیرند، شروع به چرخش می‌کنند و باعث پیچش زنجیرهای پلیمر و انقباض ژل به 80 درصد اندازه‌ی اولیه‌اش می‌شوند. به‌این‌ترتیب بخشی از انرژی نور به‌صورت انرژی مکانیکی ذخیره می‌شود.
به‌منظور بازسازی این پدیده، گروهی در مؤسسه سیاِنآراِس چارلز سادرون(CNRS's Institut Charles Sadron)، به ریاست نیکلاس جوزپون ، استاد دانشگاه استارزبورگ(Université de Strasbourg)، ژل پلیمری ساخته‌اند که قادر به انقباض از طریق فعالیت موتورهای مولکولی مصنوعی است. این نانو موتورها اگر با تابش نور فعال شوند، زنجیره‌های پلیمری در ژل را می‌چرخانند و باعث انقباض چندین سانتی‌متری ژل می‌شوند. مزیت دیگر این است که این ماده‌ی جدید قادر به ذخیره انرژی نور جذب‌شده می‌باشد. این مقاله در تاریخ 19 ژانویه‌ی 2015 در مجله‌ی Nature Nanotechnology منتشر شده است.
در زیست‌شناسی، موتورهای مولکولی شبکههای پروتئینی بسیار پیچیده‌ای هستند که با جذب انرژی می‌توانند تولید کار کنند. این موتورها در فعالیت‌های زیستی اساسی مانند تکثیر دیاِناِی و ترکیب پروتئین نقش دارند و زمینه تمام فرآیندهای حرکتی هستند. این موتورها به‌صورت جداگانه، تنها در مسافت‌های نانومتری عمل می‌کنند. درحالی‌که اگر میلیون‌ها موتور به هم بپیوندند می‌توانند کاملاً هماهنگ کار کنند و در ابعاد ماکرو اثر داشته باشند.
شیمی‌دانان برای چندین دهه به دنبال تولید این نوع از حرکت با استفاده از موتورهای مصنوعی بوده‌اند. برای تحقق این امر، پژوهشگران مؤسسه‌ی چارلز سادرون، با چرخاندن موتورهای مولکولی (دارای دو بخش که با دریافت انرژی می‌تواند به یکدیگر تبدیل شوند) نقاط شبکه‌بندی یک ژل (که زنجیرهای پلیمری را به هم پیوند می‌دهند) را جابجا کردند. برای اولین بار، آن‌ها موفق شدند باعث کار موتور به شیوه‌ای هماهنگ و مستمر در ابعاد ماکرو شوند. به‌محض این‌که موتورها توسط نور فعال می‌شوند، باعث پیچش زنجیرهای پلیمری ژل و درنتیجه انقباض ژل می‌شوند.
درست همانند سیستم‌های زنده، موتورها به‌منظور تولید حرکت مداوم، انرژی مصرف می‌کنند. بااین‌حال، این انرژی نور کاملاً از بین نمی‌رود بلکه با پیچیدن زنجیرهای پلیمری، تبدیل به انرژی مکانیکی شده و در ژل ذخیره می‌شود. اگر ماده برای مدت طولانی در معرض نور قرار گیرد، مقدار انرژی موجود در انقباض زنجیرهای پلیمری بسیار بالا رفته و حتی می‌تواند باعث پارگی ناگهانی ژل شود. در حال حاضر محققان مؤسسه چارلز سادرون در حال تلاش برای استفاده از این روش جدید ذخیره‌سازی انرژی نور و استفاده‌ی مجدد از آن به شیوه‌ای کنترل شده هستند.
محصولات مرتبط
نظر دهید