– Silnik to maszyna, która zamienia energię chemiczną zawartą w mieszance paliwowo-powietrznej na jednokierunkowy, ciągły obrót wału korbowego.
Silniki molekularne działają w sposób analogiczny – zamieniają jakąś formę energii na jednokierunkowy obrót jednej części cząsteczki względem drugiej – mówi agencji Newseria dr inż. Wojciech Danowski, adiunkt na Wydziale Chemii UW.
Chemicy tworzą syntetyczne odpowiedniki biologicznych maszyn molekularnych występujących w komórkach żywych organizmów
Naukowcy opracowali silniki molekularne, które mogą być napędzane światłem słonecznym zamiast intensywnym światłem ze źródeł laboratoryjnych. Takie mikroskopijne maszyny zamieniają energię świetlną w ukierunkowany ruch jednej części cząsteczki względem drugiej. W przyszłości mogą znaleźć zastosowanie m.in. w inteligentnych materiałach wychwytujących i uwalniających wodę, a także w precyzyjnym dostarczaniu leków. Badania nad silnikami molekularnymi napędzanymi światłem słonecznym przeprowadził międzynarodowy zespół naukowców z udziałem dr. inż. Wojciecha Danowskiego z Uniwersytetu Warszawskiego. Wyniki zostały opublikowane w 2026 r. w „Journal of the American Chemical Society”.
Chemicy tworzą syntetyczne odpowiedniki biologicznych maszyn molekularnych występujących w komórkach żywych organizmów. To wielkobiałkowe kompleksy lub białka, które w komórkach wykonują jakąś określoną pracę. Przykładowo syntaza ATP to kompleks białek, który kręci się tylko w jedną stronę – ta mechaniczna praca zamieniana jest w energię chemiczną. Inny przykład motoru molekularnego to białka kroczące, które transportują ładunki wewnątrz komórek. W syntetycznych odpowiednikach to światło może wprawiać silniki molekularne w ruch, a ich działanie można precyzyjnie regulować przez odpowiednie zaprojektowanie struktury chemicznej cząsteczki.
Nasz silnik molekularny może wykorzystywać do swojej pracy światło słoneczne, które charakteryzuje się bardzo niską intensywnością
– W naszej ostatniej pracy skonstruowaliśmy silnik molekularny, który napędzany jest światłem słonecznym. Zamiast wykorzystywać laboratoryjne źródło światła, czyli np. diodę luminescencyjną albo laser, które charakteryzują się dużą energią i dużą intensywnością światła, a jednocześnie bardzo wąskim zakresem widmowym, tzn. jedną konkretną długością fali, nasz silnik molekularny może wykorzystywać do swojej pracy światło słoneczne, które charakteryzuje się bardzo niską intensywnością, a także bardzo szerokim zakresem długości fal – wyjaśnia Danowski.
Badania nad syntetycznymi maszynami molekularnymi zostały w 2016 r. uhonorowane Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii. Otrzymali ją Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart i Bernard L. Feringa. Jednym z kierunków rozwoju tej technologii jest wykorzystanie światła widzialnego zamiast stosowanego dotychczas promieniowania UV. – Wykorzystanie światła widzialnego jest bardzo ważne, ponieważ jest to wszechobecne źródło taniej i dostępnej energii. Tym się różni od światła wykorzystywanego w laboratorium – dodaje badacz.
To odkrycie ma dość spore potencjalne zastosowania w przyszłości, m.in. w konstrukcji inteligentnych materiałów
Silniki opracowane przez zespół z udziałem Wojciecha Danowskiego działają w naturalnym świetle słonecznym, także po umieszczeniu w matrycy polimerowej. Wydajność procesu fotochemicznego odpowiedzialnego za zmianę struktury cząsteczki sięgała ok. 80 proc. i utrzymywała się na podobnym poziomie zarówno w roztworze, jak i w polimerze. Takie cząsteczki mogą w przyszłości wykonywać pracę mechaniczną, np. rozciąganie, kurczenie czy zmianę kształtu.
– To odkrycie ma dość spore potencjalne zastosowania w przyszłości, m.in. w konstrukcji inteligentnych materiałów, które będą zmieniały swoje właściwości pod wpływem światła. Mogą to być np. materiały porowate, które w ciemności będą pochłaniały gaz albo wodę, natomiast pod wpływem światła słonecznego będą je uwalniały– wskazuje badacz.