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利用光控制分子运动的意义

思想领袖大卫·阿玛比利诺教授可持续化学诺丁汉大学

偶氮光学 与 David Amabilino 教授谈论了最近关于自制纤维如何利用光引导分子运动的突破性研究。 Amabilino 讨论了这对未来可持续光源的发展意味着什么,以及它如何指导药物治疗研究。

您能否向读者介绍一下您自己以及您在诺丁汉大学所做的工作?

我是一名具有有机材料合成和表征背景的化学家。我对材料中能量的捕获和传输的任何研究都非常感兴趣,主要是有机材料。目前的研究是用于能源应用的凝胶、有机太阳能电池和有机导体。我将于 10 月底搬到巴塞罗那材料科学研究所 (ICMAB-CSIC) 继续我的研究。

您是如何开始研究合成自制纤维的?

20 多年来,我一直对分子结合以制造材料的方式感兴趣,并且与我的合作者 Lluisa Perez-Garcia 一起,我们一直在研究形成凝胶的一些分子,并认为它们可以用于医学.

自制纤维如何引导分子运动?

我们看到我们制造的纤维又长又扁,尤其是 Mario Samperi(推动该项目向前推进的博士后)制造的纤维,我们心想,好吧,那种看起来像一条路,我们能不能得到一些东西?一起去吗?这并不容易,因为您需要吸引力才能使移动的分子粘连,但又不能太硬以至于不会移动。在这里,我们使用的力是在带相反电荷的分子之间,它们都非常油腻,因此它们不会溶解在我们使用的液体的大部分水中。

视频 TIRF 测量显示在辐照下旅行者分子的运动。图片来源:SLIM 服务/诺丁汉大学

这一发现如何为以可持续的方式利用光的独特方式铺平道路?

我们认为可持续的影响很重要。首先,我们使用光进行工作,因为我们将分子从一个地方移动到另一个地方,并且我们使用了现成的东西来做到这一点。它展示了一种不同的能量获取方式。

差异 TIRF 显微照片显示了具有耗尽和富集旅行者分子的区域。图片来源:SLIM 服务/诺丁汉大学

我们正在用光产生分子浓度梯度,原则上,这可以用来独立完成工作。

在生物系统中,比如我们的细胞,梯度被用来做功。我们还不知道如何用我们的系统做到这一点,但这项研究正在迈出第一步。

这项研究还可以应用于哪些其他领域?

我们对药物输送和将光用于某些疗法非常感兴趣。使用光来促进药物在特定位置的释放是有用的。

您在学习过程中是否遇到过任何挑战,是如何克服的?

很难理解分子发生了什么,因为我们不明白我们看到了什么或为什么看到它。这里没有先例,所以有很多控制实验和测试实验来了解开关分子是如何工作的,以及它如何影响从旅行者发出的光。但是我们有一个拥有许多不同专业知识的优秀团队,尤其是诺丁汉 SLIM 服务的 Robert Markus,他非常擅长帮助我们在显微镜上实现实验。

这项技术和研究是否有可能在更广泛的范围内使用,从而可能彻底改变多个行业?

我相信,当看到新的效果时,总会有很大的潜力和我们甚至没有考虑过的事情。对我而言,主要挑战是与该系统交互,以便我们可以使用它来执行特定任务。它不会消耗太多能量,但我们正在努力的目标是如何重置系统。

显示凝胶系统中光诱导动力学的一系列 TIRF 显微照片。图片来源:SLIM 服务/诺丁汉大学

该项目的下一步是什么?

我们接下来的步骤是使系统具有方向性和可逆性,就像我们细胞中的分子机器一样。这是一个巨大的挑战,但我们对如何做到这一点有很多想法。

你有什么未来的研究可以讨论吗?

当然,这个系统是你能想到的数以百万计的系统之一,其中肥皂状分子与荧光团和分子开关以大量组合相结合。我们正在仔细研究哪些组合可以为我们的旅行者带来下一步。但进化型方法可能效果更好,我们同时提供许多不同的组合并找到“最合适的”。开发研究这些系统的工具是我想做的事情。

读者在哪里可以找到更多信息?

关于这项工作的自然化学论文位于: //www.nature.com/articles/s41557-021-00791-2

如果您想查看一些纤维的荧光成像并了解这些材料如何用于光动力疗法,请参阅 //doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100030

关于 David Amabilino 教授

自 2014 年以来,我一直在诺丁汉担任可持续化学教授,在碳中和实验室工作。

我职业生涯的一个亮点是导致这篇最新论文的研究 自然化学.当出现这些令人惊讶的结果时,或者当我们发现凝胶可以形成导电材料时,这些时刻就是让这项工作变得神奇的时刻。  

我将前往加泰罗尼亚担任巴塞罗那材料科学研究所 (ICMAB-CSIC) 的研究教授,在那里,能源研究发生了非常令人兴奋的事情。

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劳拉汤姆森

撰稿人

劳拉汤姆森

劳拉汤姆森 毕业于曼彻斯特城市大学,获得英语和社会学学位。在学习期间,劳拉担任校对员,并继续全职工作,直到成为领先的分析和媒体公司的网站编辑。 在业余时间,劳拉喜欢阅读各种书籍和写历史小说。作为 BorrowmyDoggy.com 的一部分,她还喜欢去世界上新的地方游览,并在许多周末花很多时间照顾狗。

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