自然界在细胞尺度上实现运动的最佳策略之一涉及强大的分子马达：复杂的分子，可以将化学能转化为机械能，以完成诸如在细胞内运输组件、收缩肌肉纤维和剪断DNA链等任务。
自1999年以来，化学家一直在设计合成分子，这些分子在光或化学刺激下可以360度旋转。 这些单功能马达可以在表面产生力，将货物输送到传感器并为纳米级设备供电。 但是，当将它们放置在不透明的生物组织中时，研究人员无法轻易控制或追踪它们。
一项新设计的分子马达通过在受到不同波长光照射时在旋转和荧光之间切换来应对这两项挑战，根据科学进展杂志上发表的一项研究。“很少有化合物对光表现出两种不同的反应，这是第一个表现出这种特性的马达，”荷兰格罗宁根大学的光谱学家、这项新研究的合著者马克西姆·普舍尼奇尼科夫 (Maxim Pshenichnikov) 说。
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普舍尼奇尼科夫和他的同事在格罗宁根大学有机化学家和2016年诺贝尔化学奖获得者本·费林加 (Ben Feringa)的指导下，通过将一种名为三苯胺的化学物质连接到基本分子马达上，创造了这种双功能分子。 这使得马达能够以不同的方式响应不同的光能。 低能量的光给马达提供足够的动力来旋转，而高能量的光则过度激发它，导致它通过发射光子来释放多余的能量：它会发出荧光。 此外，与典型的由组织损伤性紫外线驱动的分子马达不同，这种新化合物对红外线的色调作出反应，红外线可以更深入地穿透皮肤而不会造成损伤。
像这样的马达可以帮助需要精确定位的应用。 例如，荧光马达可以与不同的细胞结构相互作用并亮起以进行跟踪，同时递送和激活药物。“如果我们真的可以追踪马达在细胞中的运动，并将其用于机械干预、[药物]递送和检测，那将是多么酷？”费林加说。
纽约城市大学的化学家萨尔玛·卡西姆 (Salma Kassem) 没有参与这项研究，她说这项设计是迈向光驱动药理学的重要一步：“在不让两种属性相互干扰的情况下，将自我报告和功能性结合在一个小分子中是具有挑战性的。 这项工作以一种简单而优雅的方式实现了角色分离。”
研究人员打算将这项技术应用于具有生物功能的马达，例如与某些细胞受体结合。 然后，他们将在活细胞或组织中测试其性能。 该研究的主要作者、洛桑瑞士联邦理工学院的有机化学家卢卡斯·普费弗 (Lukas Pfeifer) 表示，这项技术的成功“让我看到了希望，我们可以轻松地将其转移到用不同化合物制成的马达上。”