Bulgular ışıkla kontrol edilen ilaçların, akıllı malzemelerin ve moleküler makinelerin tasarımına yol gösterebilir.
Bir KAIST araştırma ekibi, yaygın olarak çalışılan moleküler anahtar azobenzenin ışık emdikten sonra şeklinin nasıl değiştiğini izledi. Araştırmacılar bu bulgunun ışık duyarlı malzemelerin ve moleküler ölçekli makinelerin tasarımına ipucu verebileceğini belirtti.
Ekip, KAIST'in Perşembe günü yaptığı açıklamaya göre, ışık duyarlı molekülün yapısının nasıl değiştiğini belirledi. Ihee Hyot-cherl, KAIST'te kimya profesörü ve Temel Bilimler Enstitüsü'ndeki İleri Reaksiyon Dinamiği Merkezi'nin direktörü.
KAIST ve IBS araştırmacıları, molekülün hareketini görselleştirmek için ardışık anlarda alınan ölçümlerle yapısal değişimleri izledi ve hareketi "moleküler film" olarak yeniden oluşturdu.
Azobenzen, iki çift bağlı nitrojen atomundan oluşan bir köprüyle bağlanan iki fenil halkasından oluşur. Halkalar ışığa yanıt olarak birbirlerine göre konumlarını değiştirebilir; köprü üzerinde zigzag yapan "trans" konfigürasyondan daha U şeklindeki "cis" yapıya geçebilir.
Bu özellik, ışık duyarlı malzemeler, moleküler makineler ve aktivitesi ışıkla kontrol edilebilen ilaçlar dahil uygulamalar için incelenmiştir. Ancak molekülün iki form arasında tam olarak nasıl hareket ettiği yaklaşık 50 yıldır tartışma konusudur.
'Bisiklet pedalı' hareketi anahtarda kilit rol oynuyor
Araştırmacılar süreci izlemek için Pohang Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndaki X-ışını serbest elektron lazerini kullandı. Metanolde çözünmüş azobenzeni ışınlayarak reaksiyonu başlattılar, ardından yapısındaki değişimleri ultrafast X-ışını darbeleriyle zaman içinde ölçtüler.
Dönüşümün ilk aşamasında iki büyük benzen halkasının neredeyse yerinde kaldığını buldular.
Reaksiyon, halkalar ile her bir nitrojen atomu arasındaki bağların etrafında bükülmeyle başladı, ardından merkezi nitrojen bağlarının bisiklet pedalı hareketine benzeyen koordineli bir hareketi geldi.
Yapısal analiz ayrıca, nitrojen-nitrojen bağı etrafındaki dönüşün reaksiyonun ilerleyen aşamasında öncü rol oynadığını, tersinme hareketinin ise son aşamada önemli katkı sağladığını gösterdi.
Bu bulgu, çevredeki sıvı daha viskoz olduğunda reaksiyon hızının önemli ölçüde değişmemesinin nedenini açıklıyor. İlk hareket molekülün merkezi kısmında yoğunlaştığı için, iki büyük halkanın döndüğü duruma kıyasla çok daha az sıvının yer değiştirmesi gerekiyor.
Araştırmacılara göre çalışmanın önemi, molekülün şekil değiştirirken izlediği yolun belirlenmesinde yatıyor; bu da ışık duyarlı malzemelerin ve moleküler makinelerin tasarımına dair temel veri sağlıyor.
Organik moleküllerin hızlı hareketlerini gözlemleme yöntemlerini iyileştirerek, bulgular araştırmacıların daha geniş bir ışık duyarlı molekül yelpazesinin nasıl çalıştığını anlamasına da yardımcı olabilir.
"X-ray Liquidography Decodes Complex Motions in Azobenzene Isomerization" başlıklı çalışma Çarşamba günü Nature'da çevrimiçi yayımlandı. Çalışma, Bilim ve BT Bakanlığı tarafından IBS araştırma merkezi programı aracılığıyla desteklendi.
