Criado um motor elétrico em escala molecular

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/01/2023

Os catenanos, dos quais o rotaxano é o componente mais conhecido, estão na base das máquinas moleculares.
[Imagem: Northwestern University]

Motor elétrico de uma única molécula

Cientistas criaram o primeiro motor elétrico molecular - formado por apenas uma molécula - capaz de funcionar em condições práticas.

Existem motores moleculares movidos eletricamente, mas eles só funcionam em ambientes muito controlados de laboratório, geralmente em condições de vácuo.

Long Zhang e colegas da Universidade Northwestern, nos EUA, criaram agora o primeiro motor elétrico molecular que funciona em condições ambiente e, mais importante ainda, pode ser facilmente fabricado em larga escala. Além disso, o motor é veloz e não produz qualquer tipo de produto residual, não estragando o ambiente que ele precisa para funcionar.

"Nós levamos a nanotecnologia molecular a um outro patamar," disse o professor Fraser Stoddart, coordenador da equipe e ganhador do Prêmio Nobel de Química de 2016 por seu trabalho com máquinas moleculares. "Essa química elegante usa elétrons para acionar efetivamente um motor molecular, muito parecido com um motor macroscópico. Embora essa área da química esteja em sua infância, prevejo que um dia esses pequenos motores farão uma enorme diferença na medicina."

Funcionamento do motor elétrico molecular.
[Imagem: Long Zhang et al. - 10.1038/s41586-022-05421-6]

Motor elétrico molecular

O motor microscópico, com apenas 2 nanômetros de diâmetro, foi construído com um tipo de molécula com anéis interligados, conhecida como catenano. O anéis são mantidos juntos por fortes ligações mecânicas, de modo que os componentes possam se mover livremente uns em relação aos outros sem se desintegrar.

A equipe descobriu que as peças ideais são os [3]catenanos, cujos componentes - um loop interligado com dois anéis idênticos - são redox ativos, ou seja, eles sofrem movimento unidirecional em resposta a mudanças no potencial elétrico a que estão sujeitos. Os dois anéis são necessários para alcançar esse movimento unidirecional, o que não é possível com um [2]catenano, que tem um loop interligado com apenas um anel.

Sintetizado o motor, ele pode ser controlado ajustando-se o potencial elétrico da solução em que as moléculas estão mergulhadas. Agora que o motor está pronto parece fácil, mas não foi nada simples chegar a uma versão funcional.

"Controlar o movimento relativo dos componentes em escala molecular é um desafio formidável, então a colaboração foi crucial," contou Zhang. "Trabalhar com especialistas em síntese, medições, química computacional e teoria nos permitiu desenvolver um motor molecular elétrico que funciona em solução."

A vocação natural de um motor elétrico molecular é servir como impulsionador de nanomáquinas e micro e nano-robôs, mas esse é um trabalho para décadas. Antes disso, a equipe espera montar uma infinidade de seus motores sobre uma superfície condutora de modo a influenciar o comportamento dessa superfície, eventualmente realizando algum trabalho útil.

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