"Autonomous motors of a metal–organic framework powered by reorganization of self-assembled peptides at interfaces". Y. Ikezoe, G. Washino, T. Uemura, S. Kitagawa, H. Matsui. NATURE MATERIALS. In press. DOI: 10.1038/nmat3461
A variety of microsystems have been developed that harness energy and
convert it to mechanical motion. Here we have developed new autonomous
biochemical motors by integrating a metal–organic framework (MOF) and
self-assembling peptides. The MOF is applied as an energy-storing cell
that assembles peptides inside nanoscale pores of the coordination
framework. The nature of peptides enables their assemblies to be
reconfigured at the water/MOF interface, and thus converted to fuel
energy. Reorganization of hydrophobic peptides can create a large
surface-tension gradient around the MOF that can efficiently power its
translational motion. As a comparison, the velocity normalized by volume
for the diphenylalanine–MOF
particle is faster and the kinetic energy per unit mass of fuel is more
than twice as great as that for previous gel motor systems. This
demonstration opens the route towards new applications of MOFs and
reconfigurable molecular self-assembly, possibly evolving into a smart
autonomous motor capable of mimicking swimming bacteria and, with
integrated recognition units, harvesting target chemicals.
Se ha desarrollado toda una variedad de microsistemas que aprovechan la energía y la convierten en movimientos mecánicos. Aquí se muestra el desarrollo de motores bioquímicos autónomos, a partir de la integración de una matriz metal-orgánica (MOF) y péptidos autoensamblados. La MOF se usa como una celda de almacenamiento de energía, que organiza a los péptidos dentro de los poros nanométricos de la matriz de coordinación. La naturaleza de los péptidos permite ensamblarlos a partir de su reconfiguración en la interfaz agua/MOF, y así convertirlos en energía combustible. La reorganización de los péptidos hidrofóbicos puede generar un fuerte gradiente de tensión superficial alrededor de la MOF, lo cual promueve eficientemente su movimiento traslacional. A modo de comparación, la velocidad normalizada por volumen, para una partícula de difenilalanina-MOF, es mayor y su energía cinética por unidad de masa de combustible también es mayor por un factor de dos, respecto a los sistemas motorizados previos hechos de gel. Esta demostración abre la posibilidad de nuevas aplicaciones de las MOFs y del autoensamblaje molecular reconfigurable, posiblemente dando lugar a motores autónomos inteligentes capaces de imitar el nado de las bacterias y, con unidades integradas de reconocimiento, atrapar químicos bien identificados.
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