Only Perception: 分子呼拉圈：一個分子轉子的旋轉運動

2008-07-20

分子呼拉圈：一個分子轉子的旋轉運動

Molecular Hula Hoop: Spinning motion of a molecular rotor detected
http://www.physorg.com/news135501221.html

July 17, 2008

(PhysOrg.com) -- 長久以來，人們一直試圖讓奈米機器人的夢想成真。這個夢想，事實上，已呈現出某些真實的面向。奈米科學已產生為分子尺度之奈米機器所使用的元件了。其中一種裝置是個轉子（rotor），一種可動的元件，能繞著一個軸旋轉。

試著要在分子尺度下觀察這種旋轉運動是一件相當困難的工作。日本大阪大學與京都大學的研究者現在迎接這種挑戰。如同原田明（Akira Harada）以及他的團隊在 Angewandte Chemie 期刊上的報告，他們能獲得個別的分子轉子在運動時的「快照」。

研究者選擇了 rotaxane（譯註：有人翻成「輪烷」）作為他們的研究題材。這是一種由二部份構成的分子系統：一種桿狀分子穿過另一個環形、像手環（cuff）的分子，同時桿狀分子的二端都被塞住，避免環脫離（譯註：看起來像一個手環在啞鈴中間）。

研究者使這個桿子的另一端附加在一個玻璃支撐物上。為了觀察手環繞著套筒（sleeve）的旋轉運動，科學家將一個螢光側鏈附加到手環上作為一種探針。

為了觀察環繞著桿的旋轉，研究者使用一種稱為 defocused wide-field total internal reflection fluorescence microscopy（離焦寬場全內反射螢光顯微術）的顯微技術。這能夠以發射圖案（emission patterns）的形態獲得個別 rotaxane 分子的快照。

簡單來說，如果手環靜止，這些圖案使得科學家有可能算出探針發出其螢光的方向。這使得手環方向的計算成為可能，那在每張快照中都保持不變。但如果手環正在旋轉，發射圖案將無法揭露探針的空間性方向。

研究者證明，rotaxane 的手環在樣本乾燥的情況下並不會旋轉。然而，在潮溼的時候，他們能看見非常迅速的旋轉與振動運動。手環旋轉的速度快過拍照的速度：其旋轉速度也因此在 300 毫秒內超過 360 度。

※ 相關報導：

＊ Single-Molecule Imaging of Rotaxanes Immobilized on Glass Substrates: Observation of Rotary Movement
http://dx.doi.org/10.1002/anie.200801431

Dai Nishimura, Yoshinori Takashima, Dr., Hiroyuki Aoki, Dr.,
Toshiaki Takahashi, Hiroyasu Yamaguchi, Dr.,
Shinzaburo Ito, Prof. Dr., Akira Harada, Prof. Dr.
Angewandte Chemie International Edition,
2008, 47, No. 32, 6077–6079
doi: 10.1002/anie.200801431