Synthetic molecular motor
সিন্থেটিক আণবিক মোটর হল আণবিক যন্ত্র যা একটি শক্তি ইনপুটের অধীনে অবিচ্ছিন্ন দিকনির্দেশক ঘূর্ণন করতে সক্ষম। যদিও "আণবিক মোটর" শব্দটি ঐতিহ্যগতভাবে একটি প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া প্রোটিনকে বোঝায় যা গতি (প্রোটিন গতিবিদ্যার মাধ্যমে) প্ররোচিত করে, কিছু গোষ্ঠী অ-জৈবিক, অ-পেপটাইড সিন্থেটিক মোটরকে বোঝানোর সময়ও এই শব্দটি ব্যবহার করে। অনেক রসায়নবিদ এই ধরনের আণবিক মোটর সংশ্লেষণের চেষ্টা করছেন। একটি সিন্থেটিক মোটরের মৌলিক প্রয়োজনীয়তাগুলি হল পুনরাবৃত্তিমূলক 360° গতি, শক্তির ব্যবহার এবং একমুখী ঘূর্ণন। এই দিকের প্রথম দুটি প্রচেষ্টা, সহকর্মীদের সঙ্গে বস্টন কলেজের ডঃ টি. রস কেলির রাসায়নিকভাবে চালিত মোটর এবং বেন ফিরিঙ্গা ও সহকর্মীদের দ্বারা হালকা চালিত মোটর, 1999 সালে নেচারের একই সংখ্যায় প্রকাশিত হয়েছিল। 2020 সালের হিসাবে, ক্ষুদ্রতম পারমাণবিকভাবে সুনির্দিষ্ট আণবিক যন্ত্রে একটি রটার রয়েছে যা চারটি পরমাণু নিয়ে গঠিত। রাসায়নিকভাবে চালিত ঘূর্ণমান আণবিক মোটর সিন্থেটিক রাসায়নিকভাবে চালিত ঘূর্ণমান আণবিক মোটরের একটি প্রোটোটাইপের উদাহরণ 1999 সালে কেলি এবং সহকর্মীদের দ্বারা রিপোর্ট করা হয়েছিল। তাদের সিস্টেমটি একটি তিন-ব্লেডযুক্ত ট্রিপ্টাইসিন রটার এবং একটি হেলিসিন দিয়ে তৈরি, এবং একটি একমুখী 120° ঘূর্ণন করতে সক্ষম। এই ঘূর্ণন পাঁচটি ধাপে হয়। ট্রিপ্টাইসিন অংশে উপস্থিত অ্যামাইন গ্রুপটি ফসজিন (এ) এর সাথে ঘনীভূত হয়ে একটি আইসোসায়ানেট গ্রুপে রূপান্তরিত হয়। কেন্দ্রীয় বন্ধনের চারপাশে তাপীয় বা স্বতঃস্ফূর্ত ঘূর্ণন তারপর আইসোসায়ানেট গ্রুপকে হেলিসিন ভাগের (বি) উপর অবস্থিত হাইড্রক্সিল গ্রুপের কাছাকাছি নিয়ে আসে, যার ফলে এই দুটি গ্রুপ একে অপরের সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে (সি)। এই বিক্রিয়াটি অপরিবর্তনীয়ভাবে সিস্টেমটিকে একটি স্ট্রেইনড সাইক্লিক ইউরেথেন হিসাবে আটকে রাখে যা শক্তিতে বেশি এবং এইভাবে সক্রিয়ভাবে মূল অবস্থার তুলনায় ঘূর্ণন শক্তি প্রতিবন্ধকতার কাছাকাছি থাকে। ট্রাইপটাইসিন অংশের আরও আবর্তনের জন্য এই বাধা অতিক্রম করার জন্য তুলনামূলকভাবে অল্প পরিমাণে তাপীয় সক্রিয়করণের প্রয়োজন হয়, যার ফলে স্ট্রেন (ডি) মুক্ত হয়। পরিশেষে, ইউরেথেন গ্রুপের বিভাজন অণুর (ই) অ্যামাইন এবং অ্যালকোহল কার্যকারিতা পুনরুদ্ধার করে। ঘটনাগুলির এই ক্রমের ফলাফল হল হেলিসিন অংশের সাপেক্ষে ট্রিপ্টাইসিন অংশের একমুখী 120° ঘূর্ণন। ট্রিপটাইসিন রটারের অতিরিক্ত সামনের বা পিছনের ঘূর্ণন হেলিসিন ময়েটি দ্বারা বাধাগ্রস্ত হয়, যা একটি র্যাচেটের পলের মতো একটি ফাংশন পরিবেশন করে। সিস্টেমের একমুখীতা হেলিসিন অংশের অসমমিত তির্যক এবং সি-তে গঠিত চক্রাকার ইউরেথেনের স্ট্রেন উভয়ের ফলস্বরূপ। এই স্ট্রেনটি কেবল ডি-তে ট্রিপ্টাইসিন রটারের ঘড়ির কাঁটার দিকে ঘূর্ণন দ্বারা হ্রাস করা যেতে পারে, কারণ ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে ঘূর্ণন এবং ডি-এর বিপরীত প্রক্রিয়া উভয়ই শক্তির দিক থেকে প্রতিকূল। এই ক্ষেত্রে ঘূর্ণনের দিকের অগ্রাধিকার কার্যকরী গোষ্ঠীর অবস্থান এবং হেলিসিনের আকৃতি উভয়ের দ্বারা নির্ধারিত হয় এবং এইভাবে বাহ্যিক কারণগুলির দ্বারা নির্ধারিত হওয়ার পরিবর্তে অণুর নকশায় নির্মিত হয়। কেলি এবং সহকর্মীদের মোটরটি একটি মার্জিত উদাহরণ যে কীভাবে রাসায়নিক শক্তি নিয়ন্ত্রিত, একমুখী ঘূর্ণন গতি প্ররোচিত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, এমন একটি প্রক্রিয়া যা অসংখ্য প্রক্রিয়াকে জ্বালানি দেওয়ার জন্য জীবের মধ্যে এটিপি ব্যবহারের অনুরূপ। যাইহোক, এটি একটি গুরুতর ত্রুটিতে ভুগছেঃ 120° ঘূর্ণনের দিকে পরিচালিত করে এমন ঘটনাগুলির ক্রম পুনরাবৃত্তিযোগ্য নয়। কেলি এবং সহকর্মীরা তাই সিস্টেমটি প্রসারিত করার উপায়গুলি অনুসন্ধান করেছেন যাতে এই ক্রমটি বারবার করা যায়। দুর্ভাগ্যবশত, এই লক্ষ্য অর্জনের জন্য তাদের প্রচেষ্টা সফল হয়নি এবং বর্তমানে প্রকল্পটি পরিত্যক্ত হয়েছে। 2016 সালে ডেভিড লেইয়ের দল প্রথম স্বায়ত্তশাসিত রাসায়নিক-জ্বালানীযুক্ত সিন্থেটিক আণবিক মোটর আবিষ্কার করে। সিন্থেটিক রাসায়নিকভাবে চালিত ঘূর্ণমান আণবিক মোটরের আরও কিছু উদাহরণ যা সমস্ত বিকারকগুলির ক্রমিক সংযোজন দ্বারা কাজ করে বলে জানা গেছে, যার মধ্যে রয়েছে কাইরাল বিকারক ব্যবহার করে একটি রেসমিক বায়ারিল ল্যাকটনের স্টেরিওসিলেক্টিভ রিং খোলার ব্যবহার, যার ফলস্বরূপ একটি অ্যারিল অন্য অ্যারিলের সাপেক্ষে 90° আবর্তিত হয়। ব্রাঞ্চাউড এবং সহকর্মীরা জানিয়েছেন যে এই পদ্ধতিটি, একটি অতিরিক্ত রিং ক্লোজিং ধাপ অনুসরণ করে, একটি অ-পুনরাবৃত্তিযোগ্য 180° ঘূর্ণন সম্পন্ন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। ফিরিঙ্গা এবং সহকর্মীরা তাদের অণুর নকশায় এই পদ্ধতিটি ব্যবহার করেছিলেন যা পুনরাবৃত্তিমূলকভাবে 360° ঘূর্ণন করতে পারে। এই আণবিক মোটরের সম্পূর্ণ ঘূর্ণন চারটি পর্যায়ে হয়। এ এবং সি পর্যায়ে অ্যারিল অংশের ঘূর্ণন সীমাবদ্ধ, যদিও হেলিক্স বিপরীতকরণ সম্ভব। বি এবং ডি পর্যায়ে অ্যারিল স্টেরিক মিথস্ক্রিয়া সহ ন্যাফথালিনের সাপেক্ষে ঘোরাতে পারে যা অ্যারিলকে ন্যাফথালিনের মধ্য দিয়ে যেতে বাধা দেয়। ঘূর্ণমান চক্রটি চারটি রাসায়নিকভাবে প্ররোচিত ধাপ নিয়ে গঠিত যা এক পর্যায়কে অন্য পর্যায়ে রূপান্তরিত করে। ধাপ 1 এবং 3 হল অসম রিং খোলার প্রতিক্রিয়া যা অ্যারিলের ঘূর্ণনের দিক নিয়ন্ত্রণ করার জন্য একটি কাইরাল বিকারক ব্যবহার করে। 2য় এবং 4র্থ ধাপে ফেনলের সুরক্ষা হ্রাস করা হয়, তারপরে রেজিওসিলেক্টিভ বলয় গঠন করা হয়। 1999 সালে নেদারল্যান্ডসের গ্রোনিংজেন বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক ড. বেন এল. ফেরিংগার গবেষণাগারে একটি একমুখী আণবিক রটার তৈরির কথা জানানো হয়। তাদের 360° আণবিক মোটর সিস্টেমে একটি বাইস-হেলিসিন থাকে যা একটি অ্যালকিন দ্বিবন্ধন দ্বারা সংযুক্ত থাকে যা অক্ষীয় কাইরালিটি প্রদর্শন করে এবং দুটি স্টেরিওসেন্টার থাকে। একমুখী আবর্তনের একটি চক্র 4টি প্রতিক্রিয়া পদক্ষেপ নেয়। প্রথম ধাপটি হল ট্রান্স (পি, পি) আইসোমার 1-এর সিস (এম, এম) 2-এর একটি নিম্ন তাপমাত্রার এন্ডোথার্মিক ফটোআইসোমেরাইজেশন যেখানে পি মানে ডান হাতের হেলিক্স এবং এম মানে বাম হাতের হেলিক্স। এই প্রক্রিয়ায়, দুটি অক্ষীয় মিথাইল গোষ্ঠী দুটি কম স্টেরিকভাবে অনুকূল নিরক্ষীয় মিথাইল গোষ্ঠীতে রূপান্তরিত হয়। তাপমাত্রা 20 ডিগ্রি সেলসিয়াসে বাড়িয়ে এই মিথাইল গোষ্ঠীগুলি হেলিক্স ইনভার্শনে এক্সোথার্মালভাবে (পি, পি) সিস অক্ষীয় গোষ্ঠীতে (3) রূপান্তরিত হয়। যেহেতু অক্ষীয় আইসোমার নিরক্ষীয় আইসোমারের চেয়ে বেশি স্থিতিশীল, তাই বিপরীত ঘূর্ণন অবরুদ্ধ। একটি দ্বিতীয় ফটোআইসোমেরাইজেশন (পি, পি) সিস 3-কে (এম, এম) ট্রান্স 4-এ রূপান্তরিত করে, আবার স্টেরিক্যালি প্রতিকূল নিরক্ষীয় মিথাইল গ্রুপের গঠনের সাথে। 60 ডিগ্রি সেলসিয়াসে একটি তাপীয় আইসোমারাইজেশন প্রক্রিয়া 360 ডিগ্রি চক্রকে অক্ষীয় অবস্থানে ফিরিয়ে দেয়। অতিক্রম করার জন্য একটি প্রধান বাধা হল এই ব্যবস্থাগুলিতে সম্পূর্ণ আবর্তনের জন্য দীর্ঘ প্রতিক্রিয়া সময়, যা জৈবিক ব্যবস্থায় মোটর প্রোটিন দ্বারা প্রদর্শিত আবর্তনের গতির সাথে তুলনা করে না। এখন পর্যন্ত দ্রুততম সিস্টেমে, একটি ফ্লুরিন নিম্ন অর্ধেকের সাথে, তাপীয় হেলিক্স বিপরীতের অর্ধ-জীবন 0.005 সেকেন্ড। এই যৌগটি বার্টন-কেলগ বিক্রিয়া ব্যবহার করে সংশ্লেষিত হয়। এই অণুর মধ্যে তার আবর্তনের ধীরতম ধাপ, তাপীয়ভাবে প্ররোচিত হেলিক্স-বিপরীতমুখীকরণ, অনেক বেশি দ্রুত অগ্রসর হয় বলে মনে করা হয় কারণ বৃহত্তর টার্ট-বিউটাইল গ্রুপ অস্থির আইসোমারকে মিথাইল গ্রুপ ব্যবহার করার তুলনায় আরও কম স্থিতিশীল করে তোলে। এর কারণ হল অস্থির আইসোমারটি হেলিক্স-ইনভার্শনের দিকে পরিচালিত ট্রানজিশন অবস্থার চেয়ে বেশি অস্থিতিশীল। দুটি অণুর ভিন্ন আচরণ এই সত্য দ্বারা চিত্রিত হয় যে একটি টার্ট-বিউটাইল গ্রুপের পরিবর্তে মিথাইল গ্রুপের যৌগের অর্ধ-জীবনকাল 3.2 মিনিট। ফেরিঙ্গা নীতিটি একটি প্রোটোটাইপ ন্যানোকারে অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে। সংশ্লেষিত গাড়িটিতে একটি অলিগো (ফেনিলিন ইথিনিলিন) চ্যাসিস এবং চারটি কার্বোরেন চাকা সহ একটি হেলিসিন-উদ্ভূত ইঞ্জিন রয়েছে এবং এটি স্ক্যানিং টানেলিং মাইক্রোস্কোপি পর্যবেক্ষণের সাথে একটি শক্ত পৃষ্ঠে চলতে সক্ষম হবে বলে আশা করা হচ্ছে, যদিও এখনও পর্যন্ত এটি পর্যবেক্ষণ করা হয়নি। মোটরটি ফুলেরিন চাকাগুলির সাথে কাজ করে না কারণ তারা মোটর অংশের আলোকরসায়নকে প্রশমিত করে। কঠিন পৃষ্ঠের সাথে রাসায়নিকভাবে সংযুক্ত থাকলে ফিরিঙ্গা মোটরগুলিও কার্যকর থাকে বলে দেখা গেছে। অসম অনুঘটক হিসাবে কাজ করার জন্য নির্দিষ্ট কিছু ফিরিঙ্গা সিস্টেমের ক্ষমতাও প্রদর্শিত হয়েছে। আণবিক মোটর নিয়ে কাজের জন্য 2016 সালে ফেরিংগাকে নোবেল পুরস্কার দেওয়া হয়। একটি একক-অণু বৈদ্যুতিক মোটরের পরীক্ষামূলক প্রদর্শন এন-বিউটাইল মিথাইল সালফাইডের (সি5এইচ12এস) একক অণু থেকে তৈরি একটি একক-অণু বৈদ্যুতিকভাবে পরিচালিত মোটর রিপোর্ট করা হয়েছে। অণুটি রাসায়নিক শোষণের মাধ্যমে একটি তামার (111) একক স্ফটিকের টুকরোতে শোষিত হয়। আরও দেখুন আণবিক যন্ত্র আণবিক মোটর আণবিক প্রপেলার ন্যানোমোটর রেফারেন্স ন্যানোটেকনোলজি আণবিক মেশিন