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深海鱼启发研究人员开发超分子光驱动机械
发布时间：2023-11-20 16:45:01编辑：米梅强来源：
视觉系统经过数百万年的进化，非常复杂。为了使视觉在整个可见波长范围内敏感，Nature 采用了超分子化学方法。视觉色素顺式视网膜在捕获光子后会改变其形状。这种形状转变伴随着周围蛋白质的超分子组织的变化，随后触发一系列化学信号事件，这些事件被放大并最终导致大脑中的视觉感知。
“一些深海鱼类进化出了类似天线的分子，能够吸收红色波长范围内的光子，而这些光子在深海的丰度接近于零。吸收光子后，该天线分子将其能量转移到附近的视网膜分子，从而诱导其构象从顺式变为反式视网膜。在合成系统中，这种过程将能够使用低能量光进行能量存储或受控药物释放等应用，”该论文的主要作者、魏茨曼科学研究所的Rafal Klajn教授解释道。
受这种现象的启发，研究人员开发了一种卓越的超分子机器，能够在几乎任何可见光波长下有效地将广泛使用的合成光开关分子(偶氮苯)从稳定构象转变为亚稳态构象。该方法包括一个充满一种偶氮苯分子和一种光吸收天线分子(敏化剂)的金属有机笼。在超分子笼内的紧密限制下，正常条件下不会发生的化学过程变得可能。
“偶氮苯的一个常见问题是它们无法在低能红光和近红外光下有效地进行从稳定反式形式到亚稳态顺式形式的光转换，但该过程必须由紫外光驱动。这极大地限制了它们在光催化或光药理学等领域的应用。现在，使用超分子笼方法，我们几乎可以实现可见光范围内任何颜色的定量反式到顺式异构化。”芬兰科学院生物和纳米材料超分子化学小组研究员Nikita Durandin博士说道。过去 7 年在坦佩雷大学致力于敏化方法的研究。
“坦佩雷大学进行的时间分辨光谱研究表明，引发异构化的光化学过程发生得超快，在纳秒范围内。换句话说，比眨眼的速度快了近 10 亿倍。”智能光子材料小组Marie Sklodowska-Curie 研究员、超快光谱学专家Tero-Petri Ruoko博士继续说道。
“一旦你用光照射这个超分子笼，它很快就会将几乎所有的反式异构体转化为顺式异构体。简单地混合成分和与敏化剂吸收曲线相匹配的光就足以使这台机器工作，”他补充道。
专门研究光活性材料的智能光子材料小组负责人Arri Priimägi教授表示，这项研究提出了一种用低能光激活光响应分子的新方法，利用仅发生的化学反应将它们从热力学平衡中推出处于禁闭状态。
深海鱼类的眼睛经过数百万年的进化才出现。从中吸取教训，Rafal Klajn 团队领导的研究在不到 5 年的时间里将这些概念扩展到了合成材料。
“我们已经在研究下一代光驱动超分子机器，旨在将开发的方法应用于软体机器人和光激活药物输送系统，”Priimägi 总结道。
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