Химики из Северо-Западного университета (США) создали молекулярный оптомеханический двигатель.

Основной двигателя служат две гуанин-цитозиновые пары оснований и азобензол — простейшее ароматическое соединение, содержащее группу (—N=N—). Один конец полученной структуры крепится к поверхности, а второй — к кантилеверу атомно-силового микроскопа.

Азобензол имеет два изомера (цис- и транс-форму), причём переход от одной формы к другой происходит под действием света. Транс-форма длиннее и обеспечивает стабильность водородных связей и стэкинг-взаимодействия в паре оснований на бóльшем интервале удлинений. Можно сказать, что две изомерные формы отличаются эластичностью, и транс-изомер оказывается «жёстче».

Рис. 1. Изомеры азобензола (иллюстрация Wikimedia Commons).

Цикл работы двигателя выглядит так: молекула в цис-форме растягивается с помощью атомно-силового микроскопа, затем под действием света переходит в транс-форму, возвращается к начальному удлинению и переводится в исходное цис-состояние.

«В нашей схеме микроскоп становится неотъемлемой частью двигателя, — говорит руководитель группы Джордж Шатц (George Schatz). — На растягивание затрачивается работа, а при сокращении мы её извлекаем за счёт того, что молекула на этом этапе имеет повышенную “жёсткость”».

Говоря о работе, которую можно извлечь за один цикл, авторы приводят значение 3,4 ккал/моль.

В будущем г-н Шатц и его коллеги попробуют оптимизировать структуру двигателя и охарактеризовать зависимость его параметров от температуры.

Полная версия отчёта опубликована в издании Journal of the American Chemical Society.