MOLEKÜLER MAKİNE
Nanit veya nanomakine olarakta bilinen moleküler makine, [1] belli bir uyarana (giriş) yanıt olarak yarı-mekanik hareketler (çıkış) üreten bir molekül bileşenidir. [2] Biyolojide, makromoleküler makineler sıklıkla DNA replikasyonu ve ATP sentezi gibi yaşam için gerekli görevleri yerine getirir . İfade genellikle daha genel olarak, makroskopik düzeyde meydana gelen işlevleri basitçe taklit eden moleküllere uygulanır. Bu terim, bir moleküler birleştirici inşa etmeyi amaçlayan bir dizi son derece karmaşık moleküler makinenin önerildiği nanoteknolojide de yaygındır.[3]
Mikrotübül üzerinde yürüyen Kinesin , nano ölçeklerde protein alanı dinamiklerini kullanan moleküler biyolojik bir makinedir.
Son birkaç on yıldır, kimyagerler ve fizikçiler, makroskopik dünyada bulunan makineleri minyatürize etme girişiminde bulundular. Moleküler makineler araştırması, şu anda 2016 Nobel Kimya Ödülü’nün, moleküler makinelerin tasarımı ve sentezi için Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart ve Bernard L. Feringa’ya verilmesi ile ön plandadır. [4] [5]
TÜRLER
Moleküler makineler iki geniş kategoriye ayrılabilir; yapay ve biyolojik. Genel olarak, yapay moleküler makineler (AMM’ler), yapay olarak tasarlanmış ve sentezlenmiş molekülleri ifade ederken, biyolojik moleküler makineler doğada yaygın olarak bulunabilir ve Dünya’da abiyogenezden sonra formlarına dönüşmüşlerdir . [6]
YAPAY
Biyolojik moleküler makinelere kıyasla oldukça basit ve küçük olan çok çeşitli yapay moleküler makineler (AMM’ler) kimyagerler tarafından sentezlenmiştir . [6] Bir moleküler mekik olan ilk AMM, Sir J. Fraser Stoddart tarafından sentezlendi . [7] bir moleküler Servisi a, Rotaksan bir halka mekanik olarak iki kütleli durdurucular ile bir aks üzerine kilitlenir molekülü. Halka, ışık, pH, çözücüler ve iyonlar gibi çeşitli uyaranlarla iki bağlanma bölgesi arasında hareket edebilir. [8] Bu 1991 JACS’nin yazarları olarak“Bu ortaya çıkacak moleküler makineleri oluşturmak için, bir [2] Rotaksan diğer göre teknoloji bir moleküler bileşenin hareketinin kontrol edilmesi mümkün hale gelir ölçüde”.,: kaydetmesine moleküler yapıların, mekanik birbirine AMM tasarımı ve sentezi olarak öncülük yönlendirilmiş moleküler hareket sağlarlar. [9] Bugün aşağıda listelendiği gibi çok çeşitli AMM’ler mevcuttur.
Aşırı kalabalık alkan moleküler motor
MOLEKÜLER MOTORLAR
Moleküler motorlar, tek veya çift bağ etrafında dönme hareketi yapabilen moleküllerdir. [10] [11] [12] [13] Tek bağlı döner motorlar [14] genellikle kimyasal reaksiyonlarla beslenirken, çift bağlı döner motorlar [15] genellikle ışıkla beslenir. Motorun dönüş hızı da dikkatli moleküler tasarımla ayarlanabilir. [16] Karbon nanotüp nanomotorlar da üretildi. [17]
MOLEKÜLER PERVANE
Bir molekül pervane döndürüldüğünde, makroskopik pervaneler ile benzer şekilde tasarlanmış özel şekline, sıvı itmek için bir moleküldür. [18] [19] Nano ölçekli bir şaftın çevresi etrafına belirli bir yükseklik açısıyla bağlanmış birkaç moleküler ölçekli bıçağa sahiptir.
Papatya zinciri [2] rotaksan. Bu moleküller yapay kas için yapı taşları olarak kabul edilir.
MOLEKÜLER ANAHTAR
Bir moleküler anahtar tersine çevrilebilir, iki ya da daha fazla sabit durumu arasında kaydırılabilir bir moleküldür. [20] Moleküller, pH, ışık, sıcaklık, elektrik akımı, mikro ortam veya bir ligandın varlığındaki değişikliklere yanıt olarak durumlar arasında kayabilir. [20] [21] [22]
Rotaxane tabanlı moleküler mekik.
MOLEKÜLER MEKİK
Bir molekül Servisi bir konumdan diğerine moleküller veya iyonlar mekik bir moleküldür. [23] Yaygın bir moleküler mekik, makrosiklin dambıl omurgası boyunca iki bölge veya istasyon arasında hareket edebildiği bir rotakstan oluşur. [23] [7] [24]
NANOCOR
Nanokarlar, makroskopik otomobillere benzeyen tek moleküllü araçlardır ve yüzeylerdeki moleküler difüzyonun nasıl kontrol edileceğini anlamak açısından önemlidir. İlk nanokarlar, 2005 yılında James M. Tour tarafından sentezlendi . H şeklinde bir şasiye ve dört köşeye bağlı 4 moleküler tekerleğe ( fullerenes ) sahiplerdi . [25] 2011 yılında, Ben Feringa ve arkadaşları, kasaya dönen tekerlekler olarak moleküler motorlara sahip ilk motorlu nano arabayı sentezlediler. [26] Yazarlar, taramalı tünelleme mikroskobu ucundan enerji sağlayarak nano arabanın bakır bir yüzey üzerindeki yönsel hareketini gösterebildiler. Daha sonra, 2017’de dünyanın ilk Nanocar Yarışı gerçekleşti Toulouse.
MOLEKÜLER DENGE
Moleküler denge [27] [28], hidrojen bağı, solvofobik / hidrofobik etkiler gibi çoklu moleküller arası ve moleküller arası itici kuvvetlerin dinamiğine yanıt olarak iki veya daha fazla konformasyonel veya konfigürasyonel durum arasında birbirine dönüşebilen bir moleküldür [29] π etkileşimler, [30] ve sterik ve dispersiyon etkileşimleri. [31] Moleküler dengeler, küçük moleküller veya proteinler gibi makromoleküller olabilir. Örneğin, birlikte katlanmış proteinler, etkileşim enerjilerini ve konformasyonel eğilimleri ölçmek için moleküler dengeler olarak kullanılmıştır. [32]
MOLEKÜLER CIMBIZ
Moleküler cımbız, nesneleri iki kolu arasında tutabilen konak moleküllerdir. [33] Moleküler cımbızın açık boşluğu, hidrojen bağı, metal koordinasyonu, hidrofobik kuvvetler, van der Waals kuvvetleri, π etkileşimleri veya elektrostatik etkiler dahil olmak üzere kovalent olmayan bağlanma kullanarak öğeleri bağlar. [34] DNA’dan yapılan ve DNA makineleri olarak kabul edilen moleküler cımbız örnekleri bildirildi. [35]
MOLEKÜLER SENSÖR
Bir moleküler sensör bir analit ile etkileşen bir değişiklik oluşturmak üzere bir moleküldür. [36][37] Moleküler sensörler, moleküler tanımayı bir tür muhabir ile birleştirir, böylece maddenin varlığı gözlemlenebilir.
MOLEKÜLER MANTIK KAPISI
Bir moleküler mantık geçidi gerçekleştirir bir molekül, bir veya daha fazla mantık girdileri üzerindeki mantıki bir işlemdir ve tek bir mantık çıkışı üretir. [38] [39] Moleküler sensörden farklı olarak, moleküler mantık kapısı yalnızca belirli bir girdi kombinasyonu mevcut olduğunda çıktı verir.
MOLEKÜLER BİRLEŞTİRİCİ
Bir moleküler birleştirici, reaktif molekülleri hassas bir şekilde konumlandırarak kimyasal reaksiyonları yönlendirebilen moleküler bir makinedir . [40] [41] [42] [43] [44]
MOLEKÜLER MENTEŞE
Moleküler menteşe, seçici olarak bir konfigürasyondan diğerine tersine çevrilebilir bir şekilde değiştirilebilen bir moleküldür. [22] Bu tür konfigürasyonların ayırt edilebilir geometrileri olmalıdır, örneğin bir V-şekilli [46] molekülün Cis veya Trans izomerleri [45]. Azo bileşikleri, UV-Vis ışığı aldıktan sonra Cis-trans izomerizmi gerçekleştirir. [22]
BİYOLOJİK
Bir proteini çeviren ribozomlar
En karmaşık makromoleküler makineler, hücreler içinde, genellikle çoklu protein kompleksleri biçiminde bulunur . [47] Bazı biyolojik makineler, kas kasılmasından sorumlu olan miyozin , yükü hücrelerin içindeki yükü mikrotübüller boyunca çekirdekten uzaklaştıran kinesin ve hücrelerin içindeki yükü çekirdeğe doğru hareket ettiren ve aksonemal üreten dynein gibi motor proteinlerdir. dövülmesi hareketli silya ve flagella. “[I] n etkisi, [hareketli siliyum], birçoğu bağımsız olarak nanomakineler olarak da işlev gören, moleküler kompleksler halinde 600’den fazla proteinden oluşan bir nanomakinedir. Esnek bağlayıcılar, kendileri tarafından bağlanan mobil protein alanlarının bağlanmalarını sağlamasına izin verir. ortakları ve uzun menzilli neden allostery yoluyla protein alanı dinamikleri .” [1] Enerji üretiminden diğer biyolojik makineler sorumludur; örneğin , bir hücrenin enerji para birimi olan ATP’yi sentezlemek için kullanılan türbin benzeri bir hareketi yürütmek için membranlar boyunca proton gradyanlarından gelen enerjiyi kullanan ATP sentazı . [48]Yine başka makineler sorumludur gen ifadesi de dahil olmak üzere, DNA polimerazlar , DNA, replikasyon RNA polimerazlar üretilmesi için mRNA, spliceosom çıkarılması için intronlar ve ribozom için proteinlerin sentezlenmesidir. Bu makineler ve nano ölçekli dinamikleri , henüz yapay olarak inşa edilmiş tüm moleküler makinelerden çok daha karmaşıktır. [49]
Bu biyolojik makinelerin nanotıpta uygulamaları olabilir. Örneğin, [50] kanser hücrelerini tanımlamak ve yok etmek için kullanılabilirler. [51] [52] Moleküler nanoteknoloji , moleküler veya atomik ölçekte maddeyi yeniden düzenleyebilen mühendislik moleküler birleştiriciler , biyolojik makineler olasılığına ilişkin nanoteknolojinin spekülatif bir alt alanıdır . Nanotıp, bu nanorobotları kullanırdıHasarları ve enfeksiyonları onarmak veya tespit etmek için vücuda verilir. Moleküler nanoteknoloji son derece teoriktir, nanoteknolojinin hangi icatlara yol açacağını tahmin etmeye ve gelecekteki araştırmalar için bir gündem önermeye çalışır. Moleküler birleştiriciler ve nanorobotlar gibi moleküler nanoteknolojinin önerilen unsurları, mevcut yeteneklerin çok ötesindedir. [53] [54]
ARAŞTIRMA
Daha karmaşık moleküler makinelerin yapımı, teorik ve deneysel araştırmanın aktif bir alanıdır. Moleküler pervaneler gibi bir dizi molekül tasarlanmıştır, ancak bu moleküllerin deneysel çalışmaları, bu molekülleri oluşturmak için yöntemlerin olmaması nedeniyle engellenmektedir. [55] Bu bağlamda, teorik modelleme, hafif güçlü moleküler makinelerin yapımı için önemli olan rotaksanların kendi kendine birleştirme / sökme işlemlerini anlamak için son derece yararlı olabilir [56] . [57] Bu moleküler düzeydeki bilgi, moleküler birleştiriciler dahil olmak üzere nanoteknoloji alanları için daha karmaşık, çok yönlü ve etkili moleküler makinelerin gerçekleştirilmesini teşvik edebilir.
Şu anda uygulanabilir olmasa da, moleküler makinelerin bazı potansiyel uygulamaları, moleküler düzeyde taşıma, nano yapıların ve kimyasal sistemlerin manipülasyonu, yüksek yoğunluklu katı hal bilgi işleme ve moleküler protezlerdir. [58] Moleküler makinelerin pratikte kullanılabilmesi için, otonom çalışma, makinelerin karmaşıklığı, makinelerin sentezindeki kararlılık ve çalışma koşulları gibi birçok temel zorluğun üstesinden gelinmesi gerekiyor. [6]
KAYNAKÇA
|
