分子機械の非平衡アセンブリと動作の習得

機械的に相互ロックされた化合物、例えばロタキサンやカテナンでは、分子は化学結合ではなく機械的結合によって結びついています。これらの化合物は、異なる成分間に認識部位を組み込むことで、いくつかの明確に定義された機械的状態を持つように設計できます。認識部位間の遷移速度は、立体的な「スピードバンプ」や静電的にスイッチ可能なゲートを導入することによって制御できます。エネルギーの吸収メカニズムも、光活性、触媒活性、あるいはレドックス活性の認識部位、または電荷や双極子を追加することによって含めることができます。平衡状態では、これらの機械的に相互ロックされた分子(MIMs)は、異なる機械的状態間で熱的に活性化された遷移を継続的に経ており、すべての遷移はその微視的逆遷移と同じくらい起こる可能性があります。外部エネルギー、例えば光、化学的および/または物理的環境の外部変調、または外的駆動反応の触媒が、系を平衡から引き離します。これらのプロセスからのエネルギーの吸収は、いくつかの遷移を有利にし、他の遷移を抑制するために使用され、環境に対して仕事を行う方向への機械的サイクルの完了が、環境から仕事を吸収する方向への完了よりも可能性が高くなります。このチュートリアルレビューでは、分子機械が環境で自己組織化と仕事の実行を行うために、異なるエネルギー源を使用するように設計できるさまざまな設計原則について論じます。