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Il nanoascensore
L’esperienza acquisita con i più semplici prototipi di nanomacchine artificiali ha permesso di progettare e costruire sistemi di complessità sempre maggiore. Ad esempio, lo sviluppo in senso tridimensionale di una navetta azionata da energia chimica ha portato il nostro gruppo di ricerca, di nuovo in collaborazione con quello di Stoddart, alla costruzione di quello che può essere definito un ascensore nanometrico (Badjic 2004)1Badjic, J. D., Balzani, V., Credi, A., Silvi, S., Stoddart, J. F. (2004) A molecular elevator, Science, 303, 1845-1849..
Fig. 22. Un ascensore di dimensioni nanometriche. (a) Formule di struttura semplificate dei due componenti del sistema, che si può considerare una evoluzione tridimensionale di una navetta molecolare simile a quella illustrata nella Fig. 20. Un telaio a tre rami T, ciascuno dei quali contiene due stazioni T1 e T2, viene assemblato con la piattaforma a tre anelli P. Nel sistema supramolecolare così ottenuto (4) i tre rami del telaio sono infilati nei tre anelli della piattaforma, come è illustrato schematicamente in (b). La presenza dei tappi alle estremità inferiori dei rami assicura l’integrità della struttura. La posizione assunta dai tre anelli di P lungo i tre rami di T si può modificare mediante aggiunta di una base o di un acido.
Come mostrato in Fig. 22a, esso è costituito da un telaio a tre rami (T), ciascuno dei quali contiene due stazioni, uno ione ammonio T1 e uno ione dipiridinio T2, e da una piattaforma molecolare (P) ottenuta dalla unione di tre composti ad anello A. I tre rami di T sono infilati nei tre anelli di P, dando origine ad una struttura a triplo incastro (4) in cui gli anelli della piattaforma circondano le stazioni ammonio del telaio, grazie alla presenza di legami ad idrogeno. Se, però, si aggiunge una base, le unità ammonio T1 perdono uno ione idrogeno (H+) e con esso la capacità di interagire con gli anelli di P, che quindi sono liberi di muoversi e si spostano sulle unità dipiridinio T2, con le quali danno un’interazione donatore-accettore. Per successiva aggiunta di un acido (H+) il sistema ritorna alla struttura iniziale. Schematicamente (Fig. 22b), il sistema si può quindi rappresentare come una piattaforma incardinata a tre colonne che sale e scende fra due livelli, individuati dalle stazioni T1 e T2, in seguito a comandi (variazioni di acidità, ovvero di pH) provenienti dall’esterno. L’ascensore molecolare ha suscitato grande curiosità fra gli addetti ai lavori ed è raffigurato nel poster del Premio Nobel per la Chimica 2016 (Fig. 17)2Vedi figura in Cap. 3. Macchine molecolari artificiali..