DE60220994T2

DE60220994T2 - Synthetische molekulare federvorrichtung

Info

Publication number: DE60220994T2
Application number: DE60220994T
Authority: DE
Inventors: Roie Yerushalmi; Avigdor Scherz
Original assignee: Yeda Research and Development Co Ltd
Current assignee: Yeda Research and Development Co Ltd
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: US20040096860A1; IL157711A; ATE366379T1; US7830702B2; CA2440561A1; EP1368579A2; WO2002073062A2; WO2002073062B1; DE60220994D1; WO2002073062A3; JP2005508257A; EP1368579A4; EP1368579B1; AU2002255681B2; IL157711A0

Description

GEBIET UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine synthetische, molekulare Federvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf synthetische Vorrichtungen auf molekularer Ebene wie etwa synthetische, molekulare Federn, Motoren und Maschinen und im Besonderen auf eine synthetische, molekulare Federvorrichtung. Die synthetische, molekulare Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist im Allgemeinen eine synthetische, molekulare Anordnung und einen Aktivierungsmechanismus auf, zeigt multi-parametrische, kontrollierbare, federartige, elastische reversible Funktion, Struktur und multi-parametrisches, kontrollierbares, federartiges, elastisches reversibles Verhalten auf und kann bei einer breiten Palette unterschiedlicher Umgebungen eingesetzt werden. Unterschiedliche Arten der primären Komponenten der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, das heißt, die synthetische, molekulare Anordnung und der Aktivierungsmechanismus, können ausgewählt werden aus einer breiten Palette an entsprechenden Gruppen und Untergruppen, während die/das kontrollierbare, federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur und Verhalten aufrecht erhalten werden.
Von molekularen Strukturen mit der Fähigkeit in einer kontrollierbaren Art und Weise unter dem Einfluss eines externen Auslöse- oder Aktivierungsmechanismus zu kontrahieren oder zu expandieren, wird angenommen, dass sie in den sich entwickelnden Gebieten der Nano-Vorrichtungen, Materialkunde, Robotik, Biomimetik und Molekularelektronik eine Schlüsselrolle einnehmen werden. Insbesondere moekulare Srukturen, die in der Lage sind, gerichtete Bewegungen, zum Beispiel gerichtete lineare und/oder rotative Bewegungen, die von geeigneten Auslöse- oder Aktivierungssignalen ausgelöst oder aktiviert werden, anzuzeigen und/oder zu verursachen, von Nöten sind, um molekulare Vorrichtungen, deren Betrieb und Funktion ein Verhalten ähnlich einer Feder, einem Motor oder einer Maschine anzeigen oder einschließen, zu konstruieren.
In den letzten Jahren wurde eine steigende Anzahl von Arbeiten und Versuchen, solche molekularen Vorrichtungen zu konzipieren, zu entwickeln und zu implementieren, vorgelegt. Einige solche Lehren lauten wie folgt: Bissell, R. A., Cordova, E., Kaifer, A. E. und Stoddart, J. F., „A Chemically and Electrochemically Switchable Molecular Shuttle", Nature 369, 133–137 (1994); Feringa, B. L., „In Control Of Molecular Motion", Nature 408, 151–154 (2000); Jimenez, M. C., Dietrich-Buchecker, C. und Sauvage, J. P., „Towards Synthetic Molecular Muscles: Contraction and Stretching of a Linear Rotaxane Dimer", Angewandte Chemie – Internationale Ausgabe auf Englisch 39, 3284–3287 (2000); Mahadevan, L. und Matsudaira, P., „Motility Powered by Supramolecular Springs and Ratchets", Science 288, 95–99 (2000); Otero, T. F. und Sansinena, J. M., „Soft and Wet Conducting Polymers for Artificial Muscles", Advanced Materials 10, 491–494 (1998) und Tashiro, K., Konishi, K. und Aida, T., „Metal Bisporphyrinate Double-Decker Complexes as Redox-Responsive Rotating Modules, Studies an Ligand Rotation Activities of the Reduced and Oxidized Forms Using Chirality as a Probe", Journal of the American Chemical Society 122, 7921–7926 (2000).
Diese Lehren beziehen sich auf diese molekularen Strukturen, unter anderem in der Form von Rotaxan-Molekülen, Catenan-Molekülen, Polypyrrol-Filmen, einwandigen Nanoröhrchen-Schichten. Einige Lehren, die sich im Spezifischen auf Rotaxan-Moleküle und/oder Catenan-Moleküle beziehen, lauten wie folgt: Leigh, D. A., Troisi, A. und, Zebetto, F., „A Quantum-Mechanical Description of Macrocyclic Ring Rotation in Benzylic Amide [2]Catenanes", Chemistry European Journal 7, 1450–1454 (2001); Amendola, V., Fabbrizzi, L., Mangano, C. und, Pallavicini, P., „Molecular Machines Based an Metal Ion Translocation", Accounts of Chemical Research 34, 488–493 (2001); Collin, J. P., Dietrich-Buchecker, C., Gavina, P, Jimenez-Molero, M. und Sauvage, J. P., „Shuttles and Muscles: Linear Molecular Machines Based an Transition Metals", Accounts of Chemical Research 34, 477–487 (2001); Ashton, P. R. et al., „Dual-Mode Co-Conformational' Switching in Catenanes Incorporating Bipyridinium and Dialkylammonium Recognition Sites", Chemistry European Journal 7, 3482–3493 (2001) und Cardenas, D. J. et al., „Synthesis, X-ray Structure, and Electrochemical and Excited-State Properties of Multicomponent Complexes Made of a [Ru(Tpy)2]2+ Unit Covalently Linked to a [2]-Catenate Moiety. Controlling the Energy-Transfer Direction by Changing the Catenate Metal Ion", Journal of the American Chemical Society 121, 5481–5488 (1999).
WO 99/40812 A bezieht sich auf ein mechanisches Mikro-Befestigungssystem, das eine Vielzahl von zusammenpassenden Befestigungselementen im Nanometerbereich einsetzt, und auf ein Verfahren für das Herstellen eines Mikro-Befestigungssystems. Die zusammenpassenden Befestigungselemente im Nanometerbereich werden durch funktionalisierende Nanoröhrchen, die eine geordnete Anordnung von Sechsecken mit Fünfecken und Siebenecken bei bestimmten Heteroübergängen aufweisen, gebildet.
Dennoch stellen diese Lehren, entweder einzeln oder in Kombination, keine zufriedenstellende Ausführung eines vollständigen Satzes an Voraussetzungen und Kennzeichen, die für gewerbliche Anwendung einer molekularen Vorrichtung in der Praxis von entscheidender Bedeutung sind, bereit. Einige solche Voraussetzungen und Kennzeichen lauten wie folgt: (1) Fähigkeit zur Verbindung mit der makroskopischen Welt, (2) Fähigkeit zur Leistung von Arbeit, (3) Modularität in Bezug auf ein- oder mehrdimensionale Vergrößerbarkeit, (4) Vielseitigkeit, (5) Widerstandsfähigkeit, (6) Umkehrbarkeit, (7) Einsetzbarkeit in einer kontinuierlichen oder nicht kontinuierlichen Art und Weise, (8) hoch auflösbare zeitliche Antwort und (9) Fähigkeit, während des Betriebs mittels einer Vielzahl von unterschiedlichen Techniken kontrolliert zu werden.
Von einer molekularen Struktur in der Form einer chemischen Einheit oder eines chemischen Moduls, die/das potentiell vergrößerbar, interaktiv und/oder integrierbar bezüglich der makroskopischen Welt ist und die/das Teil einer molekularen Vorrichtung ist, deren Betrieb und Funktion Verhalten ähnlich einer Feder, einem Antriebselement oder einer Maschine anzeigen oder einschließen, wird angenommen, bei einer breiten Palette von zukünftigen molekularen Anwendungen ein Schlüsselelement zu sein.
Eine Maschine ist im Allgemeinen als eine Vorrichtung definiert, die üblicherweise separate Einheiten, Körper, Komponenten und/oder Elemente aufweist, die gebildet und verbunden sind, um angewandte Kräfte in einer im Vorhinein festgelegten Art und Weise zu ändern, zu übertragen oder zu richten, um eine spezifische Zielsetzung oder Aufgabe wie etwa die Leistung von zweckdienlicher Arbeit abzuschließen. Ein Antriebselement ist im Allgemeinen als eine Vorrichtung oder Maschine definiert, die Energie in mechanische Bewegung umwandelt, wobei diese klar von einem elektrischen, federbetriebenen oder hydraulischem Motor unterschieden werden muss, der durch den Verbrauch extern zur Verfügung gestellten Treibstoffs wirkt.
Somit kann eine molekulare Struktur in der Form einer chemischen Einheit oder eines chemischen Moduls mit einer verknüpften Sammlung von Komponenten und/oder Elementen, welche die Fähigkeit aufweisen, Energie von im Vorhinein festgelegten chemischen Bindungen in einer bestimmten molekularen Konformation zu speichern und die gespeicherte Energie in mechanische Bewegung umzuwandeln, als ein molekularer Motor betrachtet werden. Zwecks Verwendung eines solchen molekularen Moduls als ein Ganzes oder Teil eines molekularen Motors ist die Kontrolle seiner Wirkung notwendig. Eine Möglichkeit basiert auf bedingter Bildung und bedingtem Brechen von chemischen Bindungen. Hierin reflektieren sich die Bildung und das Brechen von chemischen Bindungen im Speichern und Freigeben von potentieller Energie und gleichzeitiger molekularer mechanischer Bewegung. Obgleich Begriffe wie ,molekulare Maschinen', ,molekulare Motoren', ,molekulare Federn' und weitere ähnliche Begriffe in Bezug auf molekulare Strukturen und Anordnungen üblich sind, ist die praktische Implementierung der damit in Zusammenhang stehenden mechanischen Eigenschaften derzeit weit davon entfernt, nachgewiesen zu werden, wie zum Beispiel betont von Amendola, V. et al., „Molecular Events Switched by Transition Metals", Coordination Chemistry Reviews 190, 649–669 (1999).
Bis heute kennen die Erfinder keine Lehren im Stand der Technik bezüglich einer synthetischen, molekularen Federvorrichtung, die eine synthetische, molekulare Anordnung und einen Aktivierungsmechanismus bereitstellt, multi-parametrische, kontrollierbare, federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur und multi-parametrisches, federartiges, elastisches, reversibles Verhalten anzeigt und bei einer breiten Palette unterschiedlicher Umgebungen eingesetzt werden kann. Somit besteht ein Bedarf an denselben und es wäre sehr vorteilhaft, über eine solche synthetische, molekulare Federvorrichtung zu verfügen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die synthetische, molekulare Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung definiert sich durch Anführung des kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen definieren sich durch Anführung der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine synthetische, molekulare Federvorrichtung. Die synthetische, molekulare Federvorrichtung weist im Allgemeinen eine synthetische, molekulare Anordnung und einen Aktivierungsmechanismus auf, zeigt multi-parametrische, kontrollierbare, federartige, elastische reversible Funktion, Struktur und multi-parametrisches, kontrollierbares, federartiges, elastisches, reversibles Verhalten an und kann in einer breiten Palette unterschiedlicher Umgebungen eingesetzt werden. Unterschiedliche Arten der primären Komponenten der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, das heißt, die synthetische, molekulare Anordnung und der Aktivierungsmechanismus, können ausgewählt werden aus einer breiten Palette an entsprechenden Gruppen und Untergruppen, während die/das kontrollierbare federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur und Verhalten aufrecht erhalten werden.
Das Binden von Atom und Axialligand macht die Verformung des/der molekularen Linkers/Linker, der/die in die synthetische, molekulare Anordnung eingeschlossen ist/sind, in einen kontrahierten oder expandierten, linearen, konformativen Zustand aufgrund der nach axialer Ligation an die Atomkerne freigesetzten Bonding-Energie notwendig. Das Aktivierungssignal, zum Beispiel Photoaktivierung durch elektromagnetische Strahlung von geeigneter Wellenlänge, verursacht die Bonding-Wechselwirkung zwischen dem Liganden und dem zu ändernden Atom, was in einer teilweisen oder vollständigen Dissoziation des Atom-Axialliganden-Paares resultiert. Dies ermöglicht dem molekularen Linker, sich von dem kontrahierten, linearen, konformativen Zustand in seinen ausgeglichenen (entspannten/expandierten) konformativen Zustand zu entspannen/expandieren. Die Entspannung/Expansion reflektiert sich in einer gleichzeitigen Expansion des molekularen Linkers im Besonderen und der syntethischen, molekularen Anordnung im Allgemeinen. Typische bindende Energien für axiale Ligation liegen bei ungefähr 10 Kcal/ml, abhängig von dem/der bestimmten, verwendeten Liganden, Atom, Lösungsmittel und kompexbildenden Gruppe. Diese Energie ist ausreichend dafür, eine wesentliche Änderung des End-zu-End-Abstands eines molekularen Linkers zu verursachen, wodurch die effektive Gesamtlänge der Struktur der synthetischen, molekularen Anordnung verändert wird. Das Ende des Aktivierungssignals, zum Beispiel der elektromagnetischen Strahlung, resultiert in erneuter Bindung/Assoziation des Liganden an den/die Atomkern/e und Verformung der Konformation des molekularen Linkers in seinen ursprünglichen kontrahierten, konformativen Zustand. Somit wird ein vollständiger Zyklus an Übergängen von linearen, konformativen Zuständen des molekularen Linkers der synthetischen, molekularen Anordnung abgeschlossen und kann durch konsekutive Aktivierung unter Verwendung des Aktivierungsmechanismus wiederholt werden.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine synthetische, molekulare Federvorrichtung bereitgestellt, die folgendes umfasst: (a) eine synthetische, molekulare Anordnung, die zumindest eine chemische Einheit oder ein chemisches Modul aufweist, die/das folgendes einschließt: (i) zumindest ein Atom; (ii) zumindest eine komplexbildende Gruppe, die an zumindest ein solches zumindest ein Atom komplexiert ist; (iii) zumindest einen Axialliganden, der mit zumindest einem Atom des zumindest einen Atoms reversibel physikochemisch gepaart ist; und (iv) zumindest einen, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker, der einen Körper und zwei Enden mit zumindest einem solchen Ende, das chemisch an eine weitere solche Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung gebunden ist, aufweist; und (b) einen Aktivierungsmechanismus, der wirksam auf zumindest ein, im Vorhinein festgelegtes Atom-Axialliganden-Paar gerichtet ist, wobei auf den Aktivierungsmechanismus, der zwecks physikochemischer Modifizierung zumindest eines solchen im Vorhinein festgelegten Atom-Axialliganden-Paares ein Aktivierungssignal an dieses zumindest eine im Vorhinein festgelegte Atom-Axialliganden-Paar sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen kontrahiertem und expandiertem linearen, konformativen Zustand des zumindest einen molekularen Linker folgt.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen umfasst die synthetische, molekulare Anordnung ferner folgendes: (v) zumindest ein chemisches Bindeglied zwecks chemischer Verbindung der Komponenten der synthetischen, molekularen Anordnung untereinander; und (vi) zumindest eine Bindungsstelle, die zwecks potentiellen Bindens jeder solchen Position der synthetischen, molekularen Anordnung an eine externe Einheit jeweils an einer im Vorhinein festgelegten Position einer weiteren solchen Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung vorhanden ist.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist das Aktivierungssignal zwei kontrollierbare, allgemeine, komplementäre Niveaus auf, ein erstes allgemeines, komplementäres Niveau und ein zweites allgemeines, komplementäres Niveau, wobei jedes allgemeine, komplementäre Niveau eine definierte Amplitude und Dauer aufweist.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dient das erste allgemeine, komplementäre Niveau des Aktivierungssignals der Aktivierung des federartigen, elastischen, reversiblen Übergangs von einem kontrahierten, linearen, konformativen Zustand in einen expandierten, linearen, konformativen Zustand des zumindest einen molekularen Linkers.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dient das zweite allgemeine, komplementäre Niveau des Aktivierungssignals dazu, dass der zumindest eine molekulare Linker in den kontrahierten, linearen, konformativen Zustand zurückkehren kann.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weist jedes allgemeine, komplementäre Niveau des Aktivierungssignals zumindest ein spezifisches Unterniveau auf, wobei jedes spezifische Unterniveau eine Magnitude, Intensität, Amplitude oder Stärke aufweist.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind die federartigen, elastischen, reversiblen Übergänge des zumindest einen molekularen Linkers gekennzeichnet durch einen Parameter, bei dem es sich um eine Änderung des effektiven End-zu-End-Abstands des molekularen Linkers handelt, um das Vorzeichen und den Betrag der Änderung eines effektiven Abstands zwischen zwei willkürlich ausgewählten Enden des zumindest einen molekularen Linkers anzuzeigen.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird das komplexierte Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zumindest einem neutralen Atom und zumindest einem positiv geladenen Atom, die in der Lage sind, zumindest eine zusätzliche chemische Bindung von unterschiedlichem Grad oder Ausmaß von Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke mit einer weiteren Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung zu bilden.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei dem komplexierten Atom um ein Kation eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Chrom, Mangan, Eisen, Ruthenium, Osmium, Kobalt, Rhodium, Nickel, Kupfer, Zink, Silizium und Titan.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wirkt die komplexbildende Gruppe durch lokale Positionierung des komplexierten Atoms in Bezug auf die Gesamtstruktur der synthetischen, molekularen Anordnung und/oder die komplexbildende Gruppe wirkt durch lokale Positionierung des komplexierten Atoms in Bezug auf Struktur und Position eines molekularen Linkers.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wirkt die komplexbildende Gruppe durch Einstellung oder Anpassung der Bonding-/Debonding-Energie des Atom-Axialliganden-Paares.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wirkt die komplexbildende Gruppe durch Einstellung oder Anpassung der für die Aktivierung der federartigen, elastischen, reversiblen Übergänge des molekularen Linkers erforderlichen Aktivierungsenergie.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei der komplexbildenden Gruppe um eine chemische Verbindung, die in der Lage ist, mittels zumindest einer chemischen Bindung von unterschiedlichem Grad oder Ausmaß von Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke an das Atom zu komplexieren und weist eine variable geometrische Konfiguration oder Form mit variablen Dimensionen und Elastizität auf.
Gemäß weiteren Merkmalen bei unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei der komplexbildenden Gruppe um eine chemische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zyklischen chemischen Verbindungen, polyzyklischen chemischen Verbindungen, nicht-zyklischen chemischen Verbindungen, linearen chemischen Verbindungen, verzweigten chemischen Verbindungen und Kombinationen davon.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine synthetische, molekulare Federvorrichtung bereitgestellt, die folgendes umfasst: (a) eine synthetische, molekulare Anordnung, die eine chemische Einheit oder ein chemisches Modul aufweist, die/das folgendes einschließt: (i) zwei Atome; (ii) zwei komplexbildende Gruppen, die jeweils an ein entsprechendes Atom komplexiert sind; (iii) einen zweizähnigen Axialliganden, der mit jedem der zwei Atome mittels entsprechender Atom-Axialliganden-Paare reversibel physikochemisch gepaart ist, und (iv) einen ersten, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker, der einen Körper und zwei Enden, die jeweils chemisch an eine einzelne entsprechende komplexbildende Gruppe gebunden sind, aufweist und einen zweiten, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker, der einen Körper und zwei Enden, die jeweils chemisch an eine einzelne entsprechende komplexbildende Gruppe gebunden sind, aufweist; und (b) einen Aktivierungsmechanismus, der wirksam auf zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare gerichtet ist, wobei auf den Aktivierungsmechanismus, der zwecks physikochemischer Modifizierung zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare das Aktivierungssignal an zumindest eines dieser zwei Atom-Axialliganden-Paare sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen einem solchen kontrahierten, linearen, konformativen Zustand und einem expandierten, linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers folgt.
Die vorliegende Erfindung überwindet erfolgreich einige grundlegende Nachteile und Einschränkungen der derzeit bekannten Konfigurationen von synthetischen Vorrichtungen auf molekularer Ebene, wie etwa synthetische, molekulare Federn.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird hierin nur als Beispiel in Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Unter spezifischer Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail wird beansprucht, dass die bestimmten gezeigten Details lediglich als Beispiel und dem Zwecke illustrativer Diskussion der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen und präsentiert werden, um das bereitzustellen, was als die zweckdienlichste und einfach zu verstehende Beschreibung der Grundsätze und begrifflichen Aspekte der Erfindung angesehen wird. Diesbezüglich wird kein Versuch unternommen, die strukturellen Details der Erfindung detaillierter als für ein grundlegendes Verständnis der Erfindung notwendig zu zeigen, gemeinsam mit den Zeichnungen ergeben sich für den Fachmann in der Technik, wie einige Formen der Erfindung in der Praxis ausgeführt werden können. Bei den Zeichnungen ist:
1 ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer ersten, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, illustriert, wobei (A) die molekularen Linker ML und ML' in einem kontrahierten, konformativen Zustand und (B) die molekularen Linker ML und ML' in einem expandierten, konformativen Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer zweiten, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung illustriert, wobei (A) den molekularen Linker ML in einem kontrahierten, konformativen Zustand und (B) den molekularen Linker ML in einem expandierten, konformativen Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer dritten, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung illustriert, wobei (A) den molekularen Linker ML in einem kontrahierten, konformativen Zustand und (B) den molekularen Linker ML in einem expandierten konformativen Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer vierten beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung illustriert, wobei (A) die molekularen Linker ML und ML' in einem kontrahierten, konformativen Zustand und (B) die molekularen Linker ML und ML' in einem expandierten konformativen Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer fünften beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung illustriert, wobei (A) den molekularen Linker ML in einem kontrahierten, konformativen Zustand und (B) den molekularen Linker ML in einem expandierten konformativen Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer ersten beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform einer vergrößerten synthetischen, molekularen Federvorrichtung illustriert, die eine vertikale Konfiguration einer vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U und einen vergrößerten Aktivierungsmechanismus AM-U gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
7 ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer zweiten, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform einer vergrößerten, synthetischen, molekularen Federvorrichtung illustriert, die eine horizontale Konfiguration einer vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U und einen vergrößerten Aktivierungsmechanismus AM-U gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist; und
8 ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer dritten, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform einer vergrößerten, synthetischen, molekularen Federvorrichtung illustriert, die eine Konfiguration einer zweidimensionalen Anordnung einer vergrößerten synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U und eines vergrößerten Aktivierungsmechanismus AM-U gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine synthetische, molekulare Federvorrichtung. Hierin sei anzumerken, dass sich die vorliegende Erfindung auf eine ,synthetische', molekulare Federvorrichtung bezieht und dieselbe betrifft, die auf Komponenten und Elementen basiert, die synthetisch hergestellt und/oder unter Verwendung von Techniken der synthetischen Chemie modifiziert wurden, im Gegensatz zu ,natürlichen' molekularen Federvorrichtungen, die auf Komponenten und Elementen basieren, die natürlich in der Form von molekularen Strukturen und Anordnungen vorkommen, wie etwa natürlich vorkommende ,biochemische' oder ,molekularbiologische' Arten von molekularen Strukturen und Anordnungen, von denen angenommen wird, dass sie unter spezifizierten Bedingungen Eigenschaften und Funktionen einer molekularen Federvorrichtung anzeigen können.
Ein Hauptaspekt bezüglich Neuheit, erfinderischer Tätigkeit und gewerblicher Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die synthetische, molekulare Federvorrichtung multi-parametrische, kontrollierbare, federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur und multi-parametrisches, kontrollierbares, federartiges, elastisches, reversibles Verhalten anzeigt, und bei einer breiten Palette unterschiedlicher Umgebungen eingesetzt werden kann, in starkem Gegensatz zu synthetischen, molekularen, federartigen Vorrichtungen im Stand der Technik, die eingeschränkte parametrische, kontrollierbare, federartige, elastische Struktur, Funktion und eingeschränktes parametrisches, kontrollierbares, federartiges, elastisches Verhalten anzeigen können, die typischerweise lediglich bei sehr spezifischen Arten von Umgebungen eingesetzt werden können.
Ein weiterer Aspekt bezüglich Neuheit und erfinderischer Tätigkeit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass unterschiedliche Arten der primären Komponenten der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, das heißt, die synthetische, molekulare Anordnung und der Aktivierungsmechanismus, ausgewählt werden können aus einer breiten Palette von entsprechenden Gruppen und Untergruppen, während die/das kontrollierbare, federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur und Verhalten aufrecht erhalten bleiben. Dieser Aspekt steht in starkem Gegensatz zu synthetischen, molekularen, federartigen Vorrichtungen im Stand der Technik, deren federartige Struktur, Funktion und deren federartiges Verhalten und die Kontrolle derselben durch das Ändern der Arten von primären Komponenten nicht mühelos aufrecht erhalten werden können.
Ein weiterer Aspekt bezüglich Neuheit und erfinderischer Tätigkeit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die/das multi-parametrische, kontrollierbare, federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur und Verhalten in einer relativ einfachen Art und Weise bestimmbar sind, wobei zum Beispiel ein Profil- oder Graphikplot von Verformung versus Gleichgewichtsenergie der synthetischen, molekularen Anordnung in einer relativ einfachen Art und Weise voraussagbar ist.
Ein weiterer Aspekt bezüglich Neuheit und erfinderischer Tätigkeit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die/das multi-parametrische, kontrollierbare, federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur und Verhalten, die von der synthetischen, molekularen Federvorrichtung angezeigt werden, einige Voraussetzungen und Kennzeichen, die für die gewerbliche Anwendung in der Praxis von entscheidender Bedeutung sind, aufweisen. Solche Voraussetzungen und Kennzeichen lauten wie folgt: (1) Fähigkeit zur Bindung an die makroskopische Welt, (2) Fähigkeit zur Leistung von Arbeit, (3) Modularität in Bezug auf ein- oder mehrdimensionale Skalierbarkeit, (4) Vielseitigkeit, (5) Widerstandsfähigkeit, (6) Umkehrbarkeit, (7) Einsetzbarkeit in einer kontinuierlichen oder nicht kontinuierlichen Art und Weise, (8) hoch auflösbare zeitliche Antwort und (9) Fähigkeit, während des Betriebs durch eine Vielzahl von unterschiedlichen Techniken, zum Beispiel spektroskopische und/oder mechanische Techniken, kontrolliert zu werden.
Einige spezifische einzigartige Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung lauten wie folgt:

– Fähigkeit zu schneller Zeitskala-Funktionsweise, zum Beispiel im Fall von photochemischer Anregung, sowie zu langsamer Zeitskala-Funktionsweise, zum Beispiel im Fall von pH-Kontrolle, bei der synthetischen, molekularen Federvorrichtung.
– Keine chemischen oder weiteren Nebenprodukte werden während des Arbeitszyklus erzeugt. Der Arbeitszyklus basiert auf reversiblen Prozessen. Diese Eigenschaft ist für eine molekulare Vorrichtung, die in einer kontinuierlichen und effizienten Art und Weise arbeiten soll, von größter Bedeutung.
– Der modulare funktionelle/strukturelle Lösungsansatz stellt eine Vielzahl von Aktivierungs- und Kontrollmitteln bereit. Somit ist es möglich, die synthetische, molekulare Federvorrichtung gemäß den spezifischen Eigenschaften und Kennzeichen der einzelnen Komponenten zu kontrollieren. Zum Bespiel ist es möglich, eine auf [Ni]Porphyrin basierende synthetische, molekulare Federvorrichtung durch photochemische Anregung, Elektro-Reduktion/Oxidation oder durch chemische Manipulation wie etwa Einführen eines einzähnigen Liganden in die synthetische, molekulare Anordnung der synthetischen, molekularen Federvorrichtung zu aktivieren. Bei einer ähnlichen synthetischen, molekularen Federvorrichtung, die auf [Zn]Porphyrin basiert, ist lediglich die chemische Kontrolle zugänglich, wodurch Selektivität in Bezug auf das Implementieren der synthetischen, molekularen Federvorrichtung bereitgestellt wird.
– Es ist möglich, zahlreiche Ausführungsformen der synthetischen, molekularen Federvorrichtung in unterschiedlichen Umgebungen zu betreiben. Zum Beispiel ist es möglich, hydrophile oder hydrophobe Substituenten an peripheren Positionen der synthetischen, molekularen Anordnung einzuführen, um die synthetische, molekulare Anordnung stärker wasserlöslich oder organisch löslich zu machen. Die inhärenten Funktionen der synthetischen, molekularen Federvorrichtung mittels der Übergänge zwischen Expansion und Kontraktion sind im Allgemeinen gegenüber der Lösungsmittel-Umgebung nicht empfindlich.
– Die induzierte Bewegung des molekularen Linkers in der synthetischen, molekularen Anordnung der synthetischen, molekularen Federvorrichtung basiert nicht auf einer Art von Phänomen thermischer Fluktuation, wie etwa das von Asfari, Z. and Vicens, J., „Molecular Machines", Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry 36, 103–118 (2000) beschriebene.
– Spektroskopische Techniken und stärker ,mechanische' Arten von Kontrolltechniken, zum Beispiel Rasterkraftmikroskopie, können zwecks Kontrolle des Betriebs der synthetischen, molekularen Federvorrichtung verwendet werden.

Die synthetische, molekulare Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann unter variablen Betriebsbedingungen und bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Umgebungen, als Teil von oder gekoppelt an oder interaktiv mit der makroskopischen Welt, eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die synthetische, molekulare Anordnung als Teil der Implementierung der synthetischen, molekularen Federvorrichtung als eine Einheit in einem Aggregatzustand ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem festen Zustand, dem flüssigen Zustand, dem gasförmigen Zustand und Kombinationen davon für das Leisten mechanischer Arbeit auf molekularer Ebene, für mechanisches Ändern der Konformation eines Substratmoleküls oder einer weiteren Manipulation auf molekularer Ebene verwendet werden. Im Besonderen kann die synthetische, molekulare Anordnung in einer Vielzahl von physikochemisch interaktiven Modi mit einem Substrat verwendet werden, wobei es sich bei dem Substrat zum Beispiel um eine molekulare oder makromolekulare Einheit oder eine Zusammensetzung von Atomen handelt.
Es ist ersichtlich, dass sich die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details bezüglich der angewandten Konstruktion, Anordnung und Zusammensetzung der Komponenten der synthetischen, molekularen Federvorrichtung oder auf die in der/den nachfolgenden Beschreibung, Zeichnungen oder Beispielen dargelegten Details bezüglich Reihenfolge oder Sequenz an Betriebs- oder Implementierungsschritten der Vorrichtung beschränkt. Zum Beispiel schließt die nachfolgende Beschreibung zwecks Illustration der Implementierung der vorliegenden Erfindung einige praktisch anwendbare und potentiell gewerblich umsetzbare beispielhafte bevorzugte Ausführungsformen der synthetischen, molekularen Federvorrichtung ein. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind möglich oder die Erfindung kann auf zahlreiche Arten in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden. Ebenso ist ersichtlich, dass die hierin verwendete Phraseologie, Terminologie und Schreibweise dem Zwecke der Beschreibung dienen und nicht als einschränkend zu verstehen sind. Zum Beispiel in Bezug auf für die Beschreibung der Funktion des Aktivierungssignals des Aktivierungsmechanismus der synthetischen, molekularen Federvorrichtung verwendeten Terminologie und Schreibweise wie hierin unten spezifisch angemerkt.
Eine synthetische, molekulare Federvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden. Im Verlauf der gesamten nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen beziehen sich ähnliche Bezugsziffern, Akronyme, Symbole oder Zahlen auf ähnliche Komponenten oder Elemente. Unmittelbar im Anschluss folgt eine kurze Beschreibung der Struktur und Funktion der verallgemeinerten synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung, gefolgt von detaillierten Beschreibungen und Illustrationen von fünf unterschiedlichen, beispielhaften bevorzugten Ausführungsformen der verallgemeinerten synthetischen, molekularen Federvorrichtung.
Die verallgemeinerte synthetische, molekulare Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist folgende primäre Komponenten auf: (a) eine synthetische, molekulare Anordnung (SMA), die zumindest eine chemische Einheit oder ein chemisches Modul aufweist, die/das folgendes einschließt: (i) zumindest ein Atom (M); (ii) zumindest eine komplexbildende Gruppe (CG), die an zumindest ein Atom (M) komplexiert ist; (iii) zumindest einen Axialliganden (AL), der mit zumindest einem an eine komplexbildende Gruppe (CG) komplexierten Atom (M) reversibel physikochemisch gepaart ist; und (iv) zumindest einen, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker (ML), der einen Körper und zwei Enden mit zumindest einem Ende, das chemisch an eine weitere Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung (SMA) gebunden ist, aufweist; und (b) einen Aktivierungsmechanismus (AM), der wirksam auf zumindest ein, im Vorhinein festgelegtes Atom-Axialliganden-Paar gerichtet ist, wobei auf den Aktivierungsmechanismus (AM), der zwecks physikochemischer Modifizierung des Atom-Axialliganden-Paares ein Aktivierungssignal (AS/AS') an das zumindest eine im Vorhinein festgelegte Atom-Axialliganden-Paar sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen kontrahiertem und expandiertem linearen, konformativen Zustand zumindest eines, im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers (ML) folgt.
Optional schließt die synthetische, molekulare Anordnung (SMA) zusätzliche Komponenten ein: (v) zumindest ein chemisches Bindeglied (CC) zwecks chemischer Verbindung der Komponenten der synthetischen, molekularen Anordnung (SMA) untereinander; und/oder (vi) zumindest eine Bindungsstelle (BS), die zwecks potentiellen Bindens dieser Position der synthetischen, molekularen Anordnung (SMA) an eine externe Einheit, die Teil von oder getrennt von einem umfassenderen Mechanismus oder einer umfassenderen Vorrichtung ist, jeweils an einer im Vorhinein festgelegten Position einer weiteren solchen Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung (SMA) vorhanden ist/sind.
Das Aktivierungssignal weist zwei kontrollierbare, allgemeine, komplementäre Niveaus, jeweils mit definierter Amplitude und Dauer, auf, das heißt, ein erstes allgemeines, komplementäres Niveau, auf das hierin als AS Bezug genommen wird, und ein zweites allgemeines, komplementäres Niveau, auf das hierin als AS' Bezug genommen wird. Das erste allgemeine, komplementäre Niveau AS des Aktivierungssignals (AS/AS') wird zwecks physikochemischer Modifizierung des Atom-Axialliganden-Paares mittels einer ersten Richtung eines reversiblen, physikochemischen Mechanismus, der mit der grundlegenden Wirkweise des Aktivierungsmechanismus (AM) übereinstimmt, an das zumindest eine im Vorhinein festgelegte Atom-Axialliganden-Paar gesandt, wobei ein federartiger, elastischer, reversibler Übergang von einem kontrahierten, linearen, konformativen Zustand, auf den hierunter als (A) Bezug genommen wird, in einen expandierten, linearen, konformativen Zustand, auf den hierin als (B) Bezug genommen wird, des zumindest eines im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers (ML) aktiviert wird. Das zweite allgemeine, komplementäre Niveau AS' des Aktivierungssignals (AS/AS') ermöglicht das Zurückkehren des zumindest einen, im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers (ML) in den kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand.
Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die physikochemische Beziehung zwischen dem Atom-Axialliganden-Paar und dem molekularen Linker (ML) zu der oben beschriebenen Beziehung entgegengesetzt, wobei das erste allgemeine, komplementäre Niveau AS des Aktivierungssignals (AS/AS') ermöglicht, dass der zumindest eine, im Vorhinein festgelegte molekulare Linker (ML) in einen kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand kommt. Das zweite allgemeine, komplementäre Niveau AS' des Aktivierungssignals (AS/AS') wird zwecks physikochemischer Modifizierung des Atom-Axialliganden-Paares mittels einer zweiten Richtung eines reversiblen, physikochemischen Mechanismus, der mit der grundlegenden Wirkweise des Aktivierungsmechanismus (AM) übereinstimmt, an das zumindest eine im Vorhinein festgelegte Atom-Axialliganden-Paar gesandt, wobei ein federartiger, elastischer, reversibler Übergang von einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand in einen kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand des zumindest einen, im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers (ML) aktiviert wird.
Es sei anzumerken, dass zwecks Nicht-Einschränkung der Bedeutung der Funktion des Aktivierungssignals des Aktivierungsmechanismus (AM) in Bezug auf Terminologie und Schreibweise die zwei kontrollierbaren, allgemeinen, komplementären Niveau AS und AS' des Aktivierungssignals (AS/AS') in der Praxis als Synonyme angesehen werden, wobei das Aktivierungssignal (AS/AS') ebenfalls als das Aktivierungssignal (AS'/AS) geschrieben werden kann.
Des Weiteren sei hierin anzumerken, dass jedes allgemeine, komplementäre Niveau AS und AS' oder AS' und AS des Aktivierungssignals (AS/AS') oder (AS'/AS) zumindest ein spezifisches Unterniveau, bevorzugt eine Vielzahl von spezifischen Unterniveaus, mit Magnitude, Intensität, Amplitude oder Stärke, aufweist.
Der Übergang von einem kontrahierten in einen expandierten, linearen, konformativen Zustand oder von einem expandierten in einen kontrahierten, linearen, konformativen Zustand eines im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers (ML) ist durch einen Parameter gekennzeichnet, auf den hierin als die Änderung des effektiven End-zu-End-Abstands des molekularen Linkers Bezug genommen wird, jeweils D_E – D_C oder D_C – D_E, der das Vorzeichen, das heißt jeweils positiv oder negativ, und die Größenordnung der Änderung des ,effektiven' Abstands D zwischen den zwei Enden eines einzelnen molekularen Linkers (ML) oder zwischen zwei willkürlich ausgewählten Enden einer Vielzahl von molekularen Linkern (ML), die in eine bestimmte synthetische, molekulare Anordnung (SMA) eingeschlossen sind, nach dem jeweiligen Übergang in lineare konformative Zustände anzeigt. Bei diesem Parameter bezieht sich D_C auf den effektiven End-zu-End-Abstand D des molekularen Linkers, wenn sich die synthetische, molekulare Anordnung (SMA) in einem kontrahierten, linearen, konformativen Zustand befindet, und D_E bezieht sich auf den effektiven End-zu-End-Abstand D des molekularen Linkers, wenn sich die synthetische, molekulare Anordnung (SMA) in einem expandierten, linearen, konformativen Zustand befindet.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist 1 ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer ersten, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung illustriert, wobei (A) den molekularen Linker ML in einem kontrahierten, konformativen Zustand und (B) den molekularen Linker ML in einem expandierten, konformativen Zustand zeigt.
In 1 [(A) und (B)] weist die synthetische, molekulare Federvorrichtung 10 die folgenden primären Komponenten auf: (a) eine synthetische, molekulare Anordnung SMA, die eine chemische Einheit oder ein chemisches Modul aufweist, die/das folgendes einschließt: (i) zwei Atome M und M'; (ii) zwei komplexbildende Gruppen CG und CG', von denen jede an ein entsprechendes Atom, jeweils M und M', komplexiert sind; (iii) einen zweizähnigen Axialliganden AL, der mit jedem der zwei Atome M und M' mittels entsprechender Atom-Axialliganden-Paare, jeweils 12 und 14, reversibel physikochemisch gepaart ist, und (iv) einen ersten, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker ML, der einen Körper 16 und zwei Enden 18 und 20, die jeweils chemisch an eine einzelne entsprechende komplexbildende Gruppe, jeweils CG und CG', gebunden sind, aufweist und einen zweiten, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker ML', der einen Körper 22 und zwei Enden 24 und 26, die jeweils chemisch an eine einzelne entsprechende komplexbildende Gruppe, jeweils CG und CG', gebunden sind, aufweist; und (b) einen Aktivierungsmechanismus AM, der wirksam auf zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare 12 und 14 gerichtet ist, wobei auf den Aktivierungsmechanismus AM, der zwecks physikochemischer Modifizierung zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare 12 und 14 das Aktivierungssignal AS/AS' an zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare 12 und 14 sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge (angezeigt durch den doppelten Pfeil, der in zwei Richtungen zeigt) zwischen einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML folgt.
Wie in 1 gezeigt, schließt die synthetische, molekulare Anordnung SMA folgende zusätzliche Komponenten ein: (v) zwei chemische Bindeglieder CC und CC' jeweils zwecks chemischer Verbindung des Körpers 27 des zweizähnigen Axialliganden AL mit der komplexbildenden Gruppe CG und mit dem Körper 16 des ersten molekularen Linkers ML und (vi) drei Bindungsstellen BS, BS' und BS'', die zwecks potentiellen Bindens dieser Positionen der synthetischen, molekularen Anordnung SMA an eine externe Einheit (nicht gezeigt in 1), die Teil von oder getrennt von einem umfassenderen Mechanismus oder einer umfassenderen Vorrichtung ist, jeweils an dem Körper 16 des ersten molekularen Linkers ML, an der komplexbildenden Gruppe CG und an der komplexbildenden Gruppe CG' vorhanden sind.
Der Übergang (angezeigt durch den doppelten Pfeil, der in zwei Richtungen zeigt) von dem kontrahierten (A) in den expandierten (B) linearen, konformativen Zustand oder von dem expandierten (B) in den kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand eines der zwei molekularen Linker ML und ML' ist durch einen im Vorhinein definierten Parameter gekennzeichnet, der Änderung des effektiven End-zu-End-Abstands des molekularen Linkers, D_E – D_C oder D_C – D_E jeweils, der das Vorzeichen, das heißt jeweils positiv oder negativ, und die Größenordnung der Änderung des effektiven Abstands D zwischen den zwei willkürlich ausgewählten Enden 24 und 26 des zweiten molekularen Linkers ML', nach dem jeweiligen Übergang in lineare konformative Zustände wie in 1 angezeigt, angibt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer zweiten, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung illustriert, wobei (A) den molekularen Linker ML in einem kontrahierten, konformativen Zustand und (B) den molekularen Linker ML in einem expandierten, konformativen Zustand zeigt.
In 2 [(A) und (B)] weist die synthetische, molekulare Federvorrichtung 30 die folgenden primären Komponenten auf: (a) eine synthetische, molekulare Anordnung SMA, die zumindest eine chemische Einheit oder ein chemisches Modul aufweist, die/das folgendes einschließt: (i) drei Atome M, M' und M''; (ii) drei komplexbildende Gruppen CG, CG' und CG'', von denen jede an ein entsprechendes Atom, jeweils M, M, M'', komplexiert ist; (iii) einen dreizähnigen Axialliganden AL, der mit jedem der drei Atome M, M' und M'' mittels entsprechender Atom-Axialliganden-Paare, jeweils 32, 34 und 36, reversibel physikochemisch gepaart ist, und (iv) einen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker ML, der einen Körper 38 und zwei Enden 40 und 42, von denen jedes chemisch an eine einzelne entsprechende komplexbildende Gruppe, jeweils CG und CG'', gebunden sind, aufweist; und (b) einen Aktivierungsmechanismus AM, der wirksam auf zumindest eines der drei Atom-Axialliganden-Paare 32, 34 und 36, zum Beispiel das Atom-Axialliganden-Paar 32 (wie gezeigt), gerichtet ist, wobei auf den Aktivierungsmechanismus AM, der zwecks physikochemischer Modifizierung zumindest eines der drei Atom-Axialliganden-Paare 32, 34 und 36, zum Beispiel das Atom-Axialliganden-Paar 32 (wie gezeigt), das Aktivierungssignal AS/AS' an zumindest eines dieser drei Atom-Axialliganden-Paare 32, 34 und 36, zum Beispiel Atom-Axialliganden-Paar 32 (wie gezeigt) sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge (angezeigt durch den doppelten Pfeil, der in zwei Richtungen zeigt) zwischen einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML folgt.
Wie in 2 gezeigt, schließt die synthetische molekulare Anordnung SMA folgende zusätzliche Komponenten ein: (v) drei chemische Bindeglieder, CC und CC', jeweils zwecks chemischer Verbindung des dreizähnigen Axialliganden AL mit dem Körper 38 des molekularen Linkers ML und mit der komplexbildenden Gruppe CG'', und CC'' zwecks chemischer Verbindung der zwei komplexbildenden Gruppen CG und CG'' untereinander, und (vi) drei Bindungsstellen BS, BS' und BS'', die zwecks potentiellen Bindens dieser Positionen der synthetischen, molekularen Anordnung SMA an eine externe Einheit (nicht gezeigt in 2), die Teil von oder getrennt von einem umfassenderen Mechanismus oder einer umfassenderen Vorrichtung ist, jeweils an dem Körper 38 des molekularen Linkers ML, an dem Atom M und an der komplexbildenden Gruppe CG' vorhanden sind.
Der Übergang (angezeigt durch den doppelten Pfeil, der in zwei Richtungen zeigt) von dem kontrahierten (A) in den expandierten (B) linearen, konformativen Zustand oder von dem expandierten (B) in den kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML ist durch einen im Vorhinein definierten Parameter gekennzeichnet, der Änderung des effektiven End-zu-End-Abstands des molekularen Linkers, D_E – D_C oder D_C – D_E jeweils, der das Vorzeichen, das heißt jeweils positiv oder negativ, und die Größenordnung der Änderung des effektiven Abstands D zwischen den zwei Enden 40 und 42 des molekularen Linkers ML, nach dem jeweiligen Übergang in lineare lineare konformative Zustände wie in 2 angezeigt, angibt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer dritten, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung illustriert, wobei (A) den molekularen Linker ML in einem kontrahierten konformativen Zustand und (B) den molekularen Linker ML in einem expandierten konformativen Zustand zeigt.
In 3 [(A) und (B)] weist die synthetische, molekulare Federvorrichtung 50 die folgenden primären Komponenten auf: (a) eine synthetische, molekulare Anordnung SMA, die zumindest eine chemische Einheit oder ein chemisches Modul aufweist, die/das folgendes einschließt: (i) ein Atom M; (ii) eine komplexbildende Gruppe CG, die an das Atom M komplexiert ist; (iii) einen einzähnigen Axialliganden AL, der mit dem Atom M mittels Atom-Axialliganden-Paar 52 reversibel physikochemisch gepaart ist, und (iv) einen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker ML, der einen Körper 54 und zwei Enden 56 und 58 aufweist, wobei das Ende 54 chemisch an die komplexbildende Gruppe CG und das Ende 56 chemisch mittels chemischem Bindeglied CC'' an den einzähnigen Axialliganden AL gebunden ist; und (b) einen Aktivierungsmechanismus AM, der wirksam auf das Atom-Axialliganden-Paar 52 gerichtet ist, wobei auf den Aktivierungsmechanismus AM, der zwecks physikochemischer Modifizierung des Atom-Axialliganden-Paars 52 das Aktivierungssignal AS/AS' an das Atom-Axialliganden-Paar 52 sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge (angezeigt durch den doppelten Pfeil, der in zwei Richtungen zeigt) zwischen einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML folgt.
Wie in 3 gezeigt, schließt die synthetische molekulare Anordnung SMA folgende zusätzliche Komponenten ein: (v) drei chemische Bindeglieder, CC und CC' jeweils zwecks chemischer Verbindung des einzähnigen Axialliganden AL mit der komplexbildenden Gruppe CG und mit dem Körper 54 des molekularen Linkers ML, und CC'' zwecks chemischer Verbindung des Endes 58 des molekularen Linkers ML mit dem einzähnigen Axialliganden AL, und (vi) zwei Bindungsstellen BS und BS', die zwecks potentiellen Bindens dieser Positionen der synthetischen, molekularen Anordnung SMA an eine externe Einheit (nicht gezeigt in 3), die Teil von oder getrennt von einem umfassenderen Mechanismus oder einer umfassenderen Vorrichtung ist, jeweils an dem Körper 54 des molekularen Linkers ML und an dem chemischen Bindeglied CC'' vorhanden sind.
Der Übergang (angezeigt durch den doppelten Pfeil, der in zwei Richtungen zeigt) von dem kontrahierten (A) in den expandierten (B) linearen, konformativen Zustand oder von dem expandierten (B) in den kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML ist durch einen im Vorhinein definierten Parameter gekennzeichnet, der Änderung des effektiven End-zu-End-Abstands des molekularen Linkers, D_E – D_C oder D_C – D_E jeweils, der das Vorzeichen, das heißt jeweils positiv oder negativ, und die Größenordnung der Änderung des effektiven Abstands D zwischen den zwei Enden 56 und 58 des molekularen Linkers ML, nach dem jeweiligen Übergang in lineare lineare konformative Zustände wie in 3 angezeigt, angibt.
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer vierten, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung illustriert, wobei (A) den molekularen Linker ML in einem kontrahierten konformativen Zustand und (B) den molekularen Linker ML in einem expandierten konformativen Zustand zeigt.
In 4 [(A) und (B)] weist die synthetische, molekulare Federvorrichtung 60 die folgenden primären Komponenten auf: (a) eine synthetische, molekulare Anordnung SMA, die zumindest eine chemische Einheit oder ein chemisches Modul aufweist, die/das folgendes einschließt: (i) ein Atom M; (ii) eine komplexbildende Gruppe CG, die an das Atom M komplexiert ist; (iii) zwei einzähnige Axialliganden AL und AL', die jeweils mit Atom M mittels entsprechenden Atom-Axialliganden-Paaren 62 und 64 reversibel physikochemisch gepaart sind, und (iv) einen ersten, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker ML, der einen Körper 66 und zwei Enden 68 und 70 aufweist, wobei das Ende 68 chemisch an ein erstes chemisches Bindeglied CC und das Ende 70 chemisch an den ersten einzähnigen Axialliganden AL gebunden ist, und einen zweiten, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker ML', der einen Körper 72 und zwei Enden 74 und 76 aufweist, wobei das Ende 74 chemisch an das erste chemische Bindeglied CC und das Ende 76 chemisch an den zweiten einzähnigen Axialliganden AL' gebunden ist; und (b) einen Aktivierungsmechanismus AM, der wirksam auf zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare 62 und 64, zum Beispiel beide Atom-Axialliganden-Bindungen 62 und 64 (wie gezeigt), gerichtet ist, wobei auf den Aktivierungsmechanismus AM, der zwecks physikochemischer Modifizierung zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare 62 und 64, zum Beispiel beide Atom-Axialliganden-Bindungen 62 und 64 (wie gezeigt), das Aktivierungssignal AS/AS' an zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare 62 und 64, zum Beispiel beide Atom-Axialliganden-Bindungen 62 und 64 (wie gezeigt), sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge (angezeigt durch den doppelten Pfeil, der in zwei Richtungen zeigt) zwischen einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand der molekularen Linker ML und ML' folgt.
Wie in 4 gezeigt, schließt die synthetische molekulare Anordnung SMA folgende zusätzliche Komponenten ein: (v) drei chemische Bindeglieder, CC zwecks chemischer Verbindung des Endes 68 des ersten molekularen Linkers ML mit dem Ende 74 des zweiten molekularen Linkers ML', CC' zwecks chemischer Verbindung der komplexbildenden Gruppe CG mit dem chemischen Bindeglied CC, und CC'' zwecks chemischer Verbindung der komplexbildenden Gruppe CG mit dem Körper 72 des zweiten molekularen Linkers ML', und (vi) eine Bindungsstelle BS, die zwecks potentiellen Bindens dieser Position der synthetischen, molekularen Anordnung SMA an eine externe Einheit (nicht gezeigt in 4), die Teil von oder getrennt von einem umfassenderen Mechanismus oder einer umfassenderen Vorrichtung ist, an der komplexbildenen Gruppe CG vorhanden ist.
Der Übergang (angezeigt durch die den doppelten Pfeil, der in zwei Richtungen zeigt) von dem kontrahierten (A) in den expandierten (B) linearen, konformativen Zustand oder von dem expandierten (B) in den kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand zumindest eines der zwei molekularen Linker ML und ML' ist durch einen im Vorhinein definierten Parameter gekennzeichnet, der Änderung des effektiven End-zu-End-Abstands des molekularen Linkers, D_E – D_C oder D_C – D_E jeweils, der das Vorzeichen, das heißt jeweils positiv oder negativ, und die Größenordnung der Änderung des effektiven Abstands D zwischen den zwei willkürlich ausgewählten Enden 70 und 76 des ersten molekularen Linkers ML und des zweiten molekularen Linkers ML' jeweils, nach dem jeweiligen Übergang in lineare lineare konformative Zustände wie in 4 angezeigt, angibt.
5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer fünften, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung illustriert, wobei (A) den molekularen Linker ML in einem kontrahierten konformativen Zustand und (B) den molekularen Linker ML in einem expandierten konformativen Zustand zeigt.
In 5 [(A) und (B)] weist die synthetische, molekulare Federvorrichtung 80 die folgenden primären Komponenten auf: (a) eine synthetische, molekulare Anordnung SMA, die zumindest eine chemische Einheit oder ein chemisches Modul aufweist, die/das folgendes einschließt: (i) zwei Atome M und M', (ii) zwei komplexbildende Gruppen CG und CG', von denen jede an ein entsprechendes Atom, M und M', komplexiert ist, (iii) einen zweizähnigen Axialliganden AL, der mittels entsprechender Atom-Axialliganden-Paare 82 und 84 reversibel physikochemisch mit einem der zwei Atome, jeweils M und M', gepaart ist, wobei bei dieser beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform, im Gegensatz zu den vorab beschriebenen und illustrierten beispielhaften bevorzugten Ausführungsformen (1–4), der Körper 86 des zweizähnigen Axialliganden AL ein im Wesentlichen elastischer molekularer Linker ML ist, der den Körper 86 und zwei Enden 88 und 90 aufweist, von denen jedes chemisch an ein einzelnes Ende, jeweils 92 und 94, des zweizähnigen Axialliganden AL gebunden ist, und (iv) einen ersten, im Wesentlichen starren molekularen Linker ML', der einen Körper 96 und zwei Enden 98 und 100 aufweist, von denen jedes chemisch an eine einzelne entsprechende komplexbildende Gruppe, jeweils CG und CG', gebunden ist, und einen zweiten, im Wesentlichen starren molekularen Linker ML'', der einen Körper 102 und zwei Enden 104 und 106 aufweist, von denen jedes chemisch an eine einzelne, entsprechende komplexbildende Gruppe, jeweils CG und CG', gebunden ist; und (b) einen Aktivierungsmechanismus AM, der wirksam auf zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare 82 und 84, zum Beispiel beide Atom-Axialliganden-Bindungen 82 und 84 (wie gezeigt), gerichtet ist, wobei auf den Aktivierungsmechanismus, der zwecks physikochemischer Modifizierung zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare 82 und 84, zum Beispiel beide Atom-Axialliganden-Bindungen 82 und 84 (wie gezeigt), ein Aktivierungssignal AS/AS' an zumindest eines der Atom-Axialliganden-Paare 82 und 84, zum Beispiel beide Atom-Axialliganden-Bindungen 82 und 84 (wie gezeigt), sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge (angezeigt durch den doppelten Pfeil, der in zwei Richtungen zeigt) zwischen einem kontrahiertem (A), linearen, konformativen Zustand und einem expandiertem (B), linearen, konformativen Zustand des im Wesentlichen elastischen, molekularen Linkers ML folgt.
Wie in 5 gezeigt, schließt die synthetische molekulare Anordnung SMA folgende zusätzliche Komponenten ein: (v) zwei chemische Bindeglieder CC und CC' jeweils zwecks chemischer Verbindung des Körpers 86 (das heißt, der ersten molekularen Linkers ML) des zweizähnigen Axialliganden AL mit dem Körper 96 des zweiten molekularen Linkers ML' und mit der komplexbildende Gruppe CG, und (vi) drei Bindungsstellen BS, BS' und BS'', die zwecks potentiellen Bindens dieser Positionen der synthetischen, molekularen Anordnung SMA an eine externe Einheit (nicht gezeigt in 5), die Teil von oder getrennt von einem umfassenderen Mechanismus oder einer umfassenderen Vorrichtung ist, jeweils an dem Körper 96 des zweiten molekularen Linkers ML', an dem Atom M und an der komplexbildenden Gruppe CG' vorhanden sind.
Der Übergang (angezeigt durch den doppelten Pfeil, der in zwei Richtungen zeigt) von dem kontrahierten (A) in den expandierten (B) linearen, konformativen Zustand oder von dem expandierten (B) in den kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand des ersten, im Wesentlichen elastischen molekularen Linkers ML ist durch einen im Vorhinein definierten Parameter gekennzeichnet, der Änderung des effektiven End-zu-End-Abstands des molekularen Linkers, D_E – D_C oder D_C – D_E jeweils, der das Vorzeichen, das heißt jeweils positiv oder negativ, und die Größenordnung der Änderung des effektiven Abstands D zwischen den zwei willkürlich ausgewählten Enden 88 und 90 des molekularen Linkers ML, nach dem jeweiligen Übergang in lineare konformative Zustände wie in 5 angezeigt, angibt.
Es sei im Speziellen anzumerken, dass der für die Beschreibung eines Axialliganden AL, der mit einem Atom M reversibel physikochemisch gepaart ist, verwendete Begriff ,reversibel physikochemisch gepaart' bedeutet, dass der Axialligand AL und das Atom M in der Lage sind, sich in einem kontrollierbaren Ausmaß oder Grad reversibel physikochemisch voneinander zu lösen oder zu dissoziieren und in einem kontrollierbaren Ausmaß oder Grad aneinander zu binden oder miteinander zu assoziieren, nach dem Senden durch den Aktivierungsmechanismus AM eines Aktivierungssignals AS/AS' an ein im Vorhinein festgelegtes Atom-Axialliganden-Paar, das heißt, an ein ,gebundenes' Atom-Axialliganden-Paar oder an ein ,nicht-gebundenes' Atom-Axialliganden-Paar zwecks physikochemischer Modifizierung, das heißt, für das ,Lösen' des gebundenen Atom-Axialliganden-Paares in einem kontrollierbaren Ausmaß oder Grad oder für das ,Binden' des nicht-gebundenen Atom-Axialliganden-Paares in einem kontrollierbaren Ausmaß oder Grad, wie durch (A) und (B) jeweils in den 1–5 illustriert wird.
Diese Art von Fähigkeit des Atom-Axialliganden-Paares zu kontrollierbarem, reversiblem, chemischem Lösen und Binden, die durch kontrollierten Betrieb des Aktivierungsmechanismus AM initiiert wird, stellt die Antriebskraft für das Aktivieren jedes Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen kontrahierten und expandierten, linearen, konformativen Zuständen eines im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers ML der synthetischen molekularen Anordnung SMA der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung bereit.
Zwecks Implementierens der synthetischen molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung bedient und kontrolliert ein Anwender dementsprechend den Aktivierungsmechanismus AM zwecks Sendens eines Aktivierungssignals AS/AS' ,entweder' an das ,gebundene' Atom-Axialliganden-Paar oder an das ,nicht-gebundene' Atom-Axialliganden-Paar zwecks physikochemischer Modifizierung, das heißt, jeweils zwecks Lösens des gebundenen Atom-Axialliganden-Paares in einem kontrollierbaren Ausmaß oder Grad oder zwecks Bindens des nicht-gebundenen Atom-Axialliganden-Paares in einem kontrollierbaren Ausmaß oder Grad, wodurch zumindest ein Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen kontrahierten und expandierten linearen, konformativen Zuständen eines im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers ML aktiviert wird/werden.
Bei den unmittelbar vorangehenden fünf beispielhaften bevorzugten Ausführungsformen der verallgemeinerten, synthetischen, molekularen Federvorrichtung wird auf diese Art von kontrollierbarem, reversiblen Debonding- und Bonding-Prozess oder Bonding- und Debonding-Prozess im Allgemeinen durch die Verwendung der Formulierung ,Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers' Bezug genommen, wobei die linearen, konformativen Zustände (A) und (B) in jeder beigefügten Zeichnung angemessen illustriert sind.
Es folgen weitere, Funktion und Struktur beschreibende Details zusammen mit spezifischen, bevorzugten Kategorien und Unterkategorien unterschiedlicher Arten jeder der oben angezeigten Komponenten der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung. Die nachfolgenden Details können bei der oben beschriebenen, verallgemeinerten synthetischen, molekularen Federvorrichtung und bei jeder der vorab beschriebenen fünf beispielhaften, bevorzugten Ausführungsformen der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, die in den 1–5 illustriert werden, angewandt werden. Zum Zwecke der Illustration werden Funktion und Struktur unten typischerweise unter Bezugnahme auf jede einzelne Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA und des Aktivierungsmechanismus AM, zum Beispiel das Atom M, die komplexbildende Gruppe CG, der Axialligand AL und der molekulare Linker ML, beschrieben, allerdings sei anzumerken, dass diese Beschreibung auf Ausführungsformen der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die eine Vielzahl dieser einzelnen Komponenten aufweisen, erweiterbar und anwendbar ist.
Das Atom M, das an die komplexbildende Gruppe CG komplexiert ist, wirkt durch wie oben beschriebene reversible, physikochemische Paarung mit dem Axialliganden AL, wodurch das reversibel physikochemisch gepaarte Atom-Axialliganden-Paar, zum Beispiel die Atom-Axialliganden-Paare 12 und 14 (1), 32, 34 und 36 (2), 52 (3), 62 und 64 (4) und 82 und 84 (5), gebildet werden.
Im Allgemeinen variiert bei jedem der kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustände und der expandierten (B), linearen, konformativen Zustände das Wesen der Beziehung zwischen dem komplexierten Atom M und dem Axialliganden AL von einer klar definierten chemischen Wechselwirkung oder Bindung, wie etwa einer kovalente Bindung, einer Koordinationsbindung oder einer ionische Bindung von variablem Grad oder Ausmaß an Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke, bis hin zu einem Paar von zwei nicht miteinander wechselwirkenden oder nicht aneinander gebundenen Komponenten, das heißt, das komplexierte Atom M und der Axialligand AL sind benachbart in derselben, unmittelbaren Nachbarschaft innerhalb der synthetischen, molekularen Anordnung SMA angeordnet.
In den meisten Fällen, wie zum Beispiel bei den vorab beschriebenen ersten vier beispielhaften, bevorzugten Ausführungsformen der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, die in den 1–4 illustriert werden, anwendbar, liegen in dem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand das komplexierte Atom M und der Axialligand AL in der Form einer chemischen Bindung, wie etwa einer kovalenten Bindung, einer Koordinationsbindung oder einer ionische Bindung von variablem Grad oder Ausmaß an Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke, vor, während das komplexierte Atom M und der Axialligand AL in dem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand in der Form eines Paares von nicht miteinander wechselwirkenden oder nicht aneinander gebundenen Komponenten der synthetischen, molekularen Anordnung SMA vorliegen.
In einigen Fällen allerdings, wie zum Beispiel bei der vorab beschriebenen fünften beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, die in den 5 illustriert wird, anwendbar, tritt das gegenteilige Phänomen auf, wobei in dem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand das komplexierte Atom M und der Axialligand AL in der Form eines Paares von nicht miteinander wechselwirkenden oder nicht aneinander gebundenen Komponenten der synthetischen, molekularen Anordnung SMA vorliegen, während das komplexierte Atom M und der Axialligand AL in dem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand in der Form einer chemischen Bindung, wie etwa einer kovalente Bindung, einer Koordinationsbindung oder einer ionische Bindung von variablem Grad oder Ausmaß an Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke vorliegen.
Grundsätzlich handelt es sich bei dem Atom M, das an die komplexbildende Gruppe CG komplexiert ist, um zumindest ein neutrales Atom oder zumindest ein positiv geladenes Atom (Kation), die in der Lage sind, zumindest eine zusätzliche chemische Bindung von variablem Grad oder Ausmaß an Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke mit einer weiteren Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA zu bilden. Im Besonderen handelt es sich bei Atom M um jedes beliebige neutrale Atom oder positiv geladene Atom (Kation) eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metallen, Halbmetallen und Nicht-Metallen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Atom M um ein Kation eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Chrom, Mangan, Eisen, Ruthenium, Osmium, Kobalt, Rhodium, Nickel, Kupfer, Zink, Silizium und Titan. Bevorzugter handelt es sich bei dem Atom M um ein Kation eines metallischen Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Eisen, Nickel, Kobald, Kupfer oder Zink.
Die komplexbildende Gruppe CG, die an das Atom M komplexiert ist, wirkt in erster Linie durch das lokale Positionieren des Atoms M in Bezug auf die Gesamtstruktur der synthetischen, molekularen Anordnung SMA im Allgemeinen und in Bezug auf die Struktur und Position eines im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers ML im Besonderen, der zwecks Eingehens dieser federartigen, elastischen, reversiblen Übergänge zwischen kontrahierten und expandierten, linearen, konformativen Zuständen aktiviert wird.
Unter Bezugnahme auf 1 zum Beispiel, wobei die synthetische, molekulare Federvorrichtung 10, die synthetische, molekulare Anordnung SMA zwei im Wesentlichen elastische molekulare Linker ML und ML' einschließen, die jeweils einen Körper und zwei Enden, von denen jedes chemisch an eine einzelne entsprechende komplexbildende Gruppe, jeweils CG und CG', gebunden ist, aufweisen, wobei in dem besonderen Fall, wenn das Atom M mit dem Atom M', bei dem es sich um Co(II)-Metallkation handelt, identisch ist und wenn die erste, komplexbildende Gruppe CG mit der zweiten komplexbildenden Gruppe CG', bei der es sich um ein Porphyrin handelt, identisch ist, die Co(II)-Kationen im Wesentlichen in dem Porphyrin-Kern eingeschlossen sind. Jeder Co-Porphyrin-Komplex ist mittels einer kovalenten Bindung an beide molekularen Linker ML und ML chemisch gebunden, wodurch die relativen Positionen der Co(II)-Kationen bestimmt werden.
Eine zweite Funktion der komplexbildenden Gruppe CG dient der Einstellung oder Anpassung der Bonding/Debonding-Energie des Atom-Axialliganden-Paares. Diese Funktion der Einstellung oder Anpassung ist aufgrund der Tatsache vorhanden, dass die Bonding/Debonding-Energie des Atom-Axialliganden-Paares mit der Art, Stärke und den physikochemischen Kennzeichen des Komplexes zwischen dem Atom M und der komplexbildenden Gruppe CG in Zusammenhang steht. Zum Beispiel weist das Metallatom eines typischen Komplexes aus Atom und komplexbildender Gruppe der Metall-Porphyrin-Art üblicherweise bei einem bestimmten Axialliganden, der im Spezifischen als ein Sigma-Donor wirkt, eine höhere Bindungsenergie auf, wenn die komplexbildende Porphyrin-Gruppe elektronenziehende Gruppen an peripheren meso- Positionen aufweist. Zum Beispiel bei substituiertem meso-Tetra(Pentafluorphenyl)Porphyrin.
Eine dritte Funktion der komplexbildenden Gruppe CG dient der Einstellung oder Anpassung der Aktivierungsenergie, die zwingend in dem Aktivierungssignal AS/AS', das von dem Aktivierungsmechanismus AM gesandt wird, enthalten ist und für das Aktivieren der federartigen, elastischen, reversiblen Übergänge zwischen dem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und dem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML erforderlich ist. Zum Beispiel kann das mit der Aktivierungsenergie, die in dem Aktivierungssignal AS/AS', das durch einen Aktivierungsmechanismus AM elektrochemischer Art gesandt wird, enthalten ist, in Zusammenhang stehende Redox-Potential durch das Auswählen eines Gerüsts einer komplexbildenden Gruppe CG und eines Atoms M konzipiert werden, sodass es sich bei der komplexbildenden Gruppe CG um eine makrozyklische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Porphyrinen, substituierten Porphyrinen, Dihydroporphyrinen, substituierten Dihydroporphyrinen, Tetrahydroporphorinen und substituierten Tetrahydroporphyrinen handeln kann. In diesem Fall erhöht sich der Grad an makrozyklischer Sättigung, während dieselben zusätzlichen substituierenden Gruppen auf dem Makrozyklus, der für das Erzeugen chemischer Bindungen verwendet wird, zum Beispiel, ein oder mehr als ein molekularer Linker ML, erhalten bleiben. Üblicherweise weist der Grad an Makrozyklus-Sättigung einen größeren Effekt auf Redox-Potentiale auf und dadurch auf die in dem Aktivierungssignal AS/AS' enthaltene Aktivierungsenergie, während funktionelle und strukturelle Kennzeichen und funktionelles und strukturelles Verhalten der synthetischen, molekularen Anordnung SMA aufrecht erhalten werden.
Im Allgemeinen handelt es sich bei der komplexbildenden Gruppe CG um eine chemische Verbindung, die in der Lage ist, mittels zumindest einer chemischen Bindung von variablem Grad oder Ausmaß an Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke das Atom M zu komplexieren und eine variable geometrische Konfiguration oder Form mit variablen Dimensionen und Elastizität aufweist.
Bevorzugt handelt es sich bei der komplexbildenden Gruppe CG um eine chemische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zyklischen chemischen Verbindungen, polyzyklischen chemischen Verbindungen, nicht-zyklischen chemischen Verbindungen, linearen chemischen Verbindungen, verzweigten chemischen Verbindungen und Kombinationen davon.
Im Besonderen als eine zyklische chemische Verbindung wird die komplexbildende Gruppe CG ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus makroheterozyklischen chemischen Verbindungen und makrozyklischen chemischen Verbindungen. Spezifischer wird die komplexbildende Gruppe CG als eine makroheterozyklische chemische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyazamakrozyklen, Kronenethern und Kryptaten. Spezifischer wird die komplexbildende Gruppe CG als eine chemische Verbindung polyazamakrozyklischer Art ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetrapyrrolen, Phtaloycyaninen und Naphthalocyaninen. Spezifischer wird die komplexbildende Gruppe CG als eine chemische Verbindung von Tetrapyrrol-Art ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Porphyrinen, Chlorinen, Bakteriochlorinen, Corrolen und Porphycenen.
Im Besonderen als eine nicht-zyklische chemische Verbindung wird die komplexbildende Gruppe CG ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus offenkettigen Tetrapyrrolen, zum Beispiel Phycocyanobilin und Phycoerythrobilin.
Bevorzugt handelt es sich bei der komplexbildenden Gruppe CG um eine chemische Verbindung, die als ein chemischer Chelator zwecks Chelatisierung des Atoms M wirkt, wodurch mit dem Atom M ein Chelat gebildet wird. In diesem Fall entspricht das Chelat einem heterozyklischen Ring, der das Atom M, bevorzugt ein Metallkation, das durch Koordinationsbindungen an zumindest zwei Nicht-Metall-Ionen der komplexbildenden Gruppe CG gebunden ist, enthält.
Der Axialligand AL wirkt in erster Linie durch die Tatsache, dass er mit dem wie oben beschrieben an die komplexbildende Gruppe CG komplexierte Atom M reversibel physikochemisch gepaart ist, wodurch das reversibel physikochemisch gepaarte Atom-Axialliganden-Paar gebildet wird.
Eine zweite Funktion des Axialliganden AL dient der chemischen Wechselwirkung mit zumindest einer weiteren Komponente zusätzlich zu dem komplexierten Atom M der synthetischen, molekularen Anordnung SMA. Spezifischer wirkt der Axialligand AL des Weiteren durch chemisches Wechselwirken mit zumindest einer weiteren Komponente zusätzlich zu dem komplexierten Atom M, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem zusätzlichen Atom M', der komplexbildenden Gruppe CG, dem molekularen Linker ML, dem optionalen Bindeglied CC und der optionalen Bindungsstelle BS der synthetischen, molekularen Anordnung SMA. Im Besonderen der Axialligand AL dient dem Induzieren der reversiblen Übergänge zwischen kontrahierten und expandierten linearen konformativen Zuständen eines im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers ML durch das Produzieren von zumindest einer koordinativen, bindenden Wechselwirkung mit einem Atom M und zumindest einer zusätzlichen bindenden Wechselwirkung mit zumindest einer weiteren Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA.
Wie im Stand der Technik der Liganden-Chemie hinreichend bekannt, kann ein Axialligand mehr als eine Art von Bereich mit physikochemischem Verhalten aufweisen. Bei der vorliegenden Erfindung weist der Axialligand AL bevorzugt zumindest zwei Arten von Bereichen mit physikochemischem Verhalten auf. Eine erste Art von Bereich mit physikochemischem Verhalten entspricht dem Teil des Axialliganden AL, der an koordinativer bindender Wechselwirkung mit dem Atom M teilnimmt. Eine zweite Art von Bereich mit physikochemischem Verhalten entspricht dem Teil des Axialliganden AL, der entweder zwischen der ersten Art von Bereichen des Axialliganden AL oder zwischen einer ersten Art von Bereich und einer weiteren Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA verbindet.
Im Allgemeinen kann die erste oder zweite Art von Bereich mit physikochemischem Verhalten des Axialliganden AL einem ,End-' oder einem ,terminalen' Bereich des Axialliganden AL oder einem ,Zwischen'bereich des Axialliganden AL entsprechen. Zum Beispiel kann in dem besonderen Fall, dass der Axialligand AL von einer linearen oder verzweigten geometrischen Konfiguration oder Form ist, die erste oder zweite Art von Bereich mit physikochemischem Verhalten des Axialliganden AL einem ,End-' oder ,terminalen' Bereich des Axialliganden AL entsprechen. In dem besonderen Fall, dass der Axialligand AL von einer zyklischen geometrischen Konfiguration oder Form ist, entspricht die erste oder zweite Art von Bereich mit physikochemischem Verhalten des Axialliganden AL zwingend einem ,Zwischen'bereich des Axialliganden AL, da, sofern nicht beliebig definiert oder zugeordnet, ein zyklischer Axialligand keinen ,End-' oder ,terminalen' Bereich aufweist.
Eine dritte Funktion des Axialliganden AL dient der Einstellung und Anpassung der Bonding/Debonding-Energie des Atom-Axialliganden-Paares. Diese Funktion der Einstellung oder Anpassung ist aufgrund der Tatsache vorhanden, dass die Bonding/Debonding-Energie des Atom-Axialliganden-Paares direkt mit der Art, Stärke und den physikochemischen Kennzeichen des Axialliganden AL sowie mit jenen des Atoms M in Zusammenhang steht.
Zwecks Illustration dieses Effekts von Einstellung und Anpassung wurden Berechnungen der direkt mit der Bonding-Energie in Zusammenhang stehenden Ligationsenergie zwecks Bindens des Axialliganden an den Komplex aus dem Atom M und der komplexbildenden Gruppe CG, bei der es sich um Nickel-Bakteriochlorophyll [Ni]-BChl in der gasförmigen Phase handelt, durchgeführt. Die Ergebnisse werden in der nachfolgenden Tabelle angeführt und Details des Berechnungsverfahrens folgen im Anschluss. Es sei anzumerken, dass es sich bei den beispielhaften, in den Berechnungen verwendeten und in der Tabelle präsentierten Axialliganden nicht zwingend um Axialliganden, die in eine besondere synthetische molekulare Anordnung SMA eingeschlossen sind, handelt.

Axialligand Ligationsenergie [kCal/Mol]

Imidazol –15,4

Pyridin –13,1

4-tert-Butyl-Pyridin –13,8

3-Fluorpyridin –11,9
Die konformativen Analysen der in der Tabelle angeführten molekularen Systeme, einschließlich der strukturellen und orbitalen Anordnungen sowie der Berechnungen der Eigenschaften, wurden unter Verwendung einer Vielzahl von Computertechniken für komparative Zwecke, die GAUSSIAN98 verwendeten, ausgeführt. Bei der verwendeten Hybrid-Dichte-Funktionale-Technik (HFDT-Technik, Hybrid Density Functional Technique) handelt es sich um B3LYP, wobei die Korrelationsfunktionale von Lee, Yang und Parr in Verbindung mit einer Hybrid-Austausch-Funktionale, die erstmals von Becke vorgeschlagen wurde, eingesetzt wurde. Die relativistischen effektiven Rumpfpotentiale (RECP, relativistic effective core potentials) von Hay und Wadt wurden bei dem Übergangsmetall verwendet. Bei der spezifischen Kombination aus effektiven Rumpfpotentialen und Basissatz handelte es sich um LANL2DZ (Los Alamos National Laborstory 2-double-ζ; die ,2' zeigt die Valenz an und ,Valenz-1'-Schalen werden explizit bearbeitet). Der Basissatz LANL2DZ weist eine Double-ζ-Quality in der Valenz und ,Valenz-1'-Schalen auf, während die RECP den Darwin-Term und Mass-Velocity-Term enthalten. Für genauere Eigenschaften, Fine-Integration-Grid, wurden kompakte Single-Point-Rechnungen unter Verwendung eines größeren, als LANL2DZ+1 bezeichneten Basissatzes ausgeführt, was mit dem Basissatz LANL2DZ, das durch einzelne f-Funktionen an Ni erweitert wurde, und dem standardmäßigen cc-pvdz Basissatz von Dunning (Korrelation, die mit polarisierter Doppel-ζ Valenz übereinstimmt) ([4s3pld/3s2pld/2slp]) auf ersten und zweiten Reihen von Atomen übereinstimmt.
Eine vierte Funktion des Axialliganden AL dient der Einstellung oder Anpassung der Aktivierungsenergie, die zwingend in dem durch das Aktivierungsmechanismus AM gesandten Aktivierungssignal AS/AS' enthalten ist und für die Aktivierung der federartigen, elastischen, reversiblen Übergänge zwischen dem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und dem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML erforderlich ist.
Zum Beispiel wurden Messungen des spektroskopischen, elektronischen Übergangs p – p*, der direkt mit der Aktivierungsenergie, die für das Lösen des Axialliganden von einem Komplex des Atoms M und der komplexbildenden Gruppe CG, bei der es sich um Nickel-Bakteriochlorophyll [Ni]BChl in Acetonitril handelt, durchgeführt. Die Ergebnisse werden in der nachfolgenden Tabelle angeführt. Es sei anzumerken, dass es sich bei den beispielhaften, in den Berechnungen verwendeten und in der Tabelle präsentierten Axialliganden nicht zwingend um Axialliganden, die in eine besondere synthetische molekulare Anordnung SMA eingeschlossen sind, handelt.

In Acetonitril gemessene Änderung bei dem optischen Spektrum von [Ni]-BChl mit unterschiedlichen Axialliganden.

Ligand	ΔQy [cm^–1] 1/2^a		ΔQx [cm^–1] 1/2		ΔBx [cm^–1] 1/2		ΔBy [cm^–1] 1/2
1-Methylimidazol	203,02	258,52	–1278,20	–2198,53	0	0	–957,46	–2260,28
Pyridin	269,20	285,24	–1131,33	–1990,63	0	0	–1243,10	–2155,60
4-Picolin	237,40	279,20	–1169,91	–2004,44	0	0	–904,30	–2184,50
4-Aminopyridin	237,91	271,78	–1227,46	–2150,22	0	0	–1186,91	–2325,12
3-Fluorpyridin	352,96	280,75	–1059,96	–1851,78	0	0	–1157,51	–2207,28
Piperidin	226,26	269,02	–1260,70	–2128,88	0	0	–1093,60	–2141,89
Cyanidanion^b	205,75	*	–1925,47	*	0	0	–1744,47	*
^a – die Schreibweise 1/2 zeigt jeweils einen oder zwei Axialliganden an. ^b – Mit Cyanidanion(CN-) ist lediglich ein Axialligand gebunden.

Qy, Qx, Bx und By sind zwecks Anstiegs von Energie die vier beobachteten spektroskopischen, elektronischen Übergänge p – p* von Metall-Bakteriochlorophyllen.
In der Tabelle ist DeltaQ relativ zu nicht axial ligiertem [Ni]-BChl.
Eine sechste, weniger entscheidende Funktion des Axialliganden AL dient dem lokalen Positionieren des Atoms M in Bezug auf die Gesamtstruktur der synthetischen, molekularen Anordnung SMA. Zum Beispiel kann das Atom M bei einigen Metallporphyrinen oder Phtalocyaninen, wenn der Koordinationszustand des Atoms M zwischen tetra- und penta-koordinierten oder zwischen hexa- und penta-koordinierten Zuständen wechselt, seine Position in Bezug auf die komplexbildende Gruppe CG von einer Konfiguration in der Ebene zu einer Konfiguration aus der Ebene heraus ändern.
Im Allgemeinen handelt es sich bei dem Axialliganden AL um eine chemische Verbindung, die in der Lage ist, mittels zumindest einer chemischen Bindung von variablem Grad oder Ausmaß an Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke an das Atom M zu komplexieren und eine variable geometrische Konfiguration oder Form mit variablen Dimensionen und Elastizität aufweist. Zusätzlich handelt es sich bei dem Axialliganden um eine chemische Verbindung, die in der Lage ist, mit zumindest einer anderen Komponente, zusätzlich zu dem komplexierten Atom M der synthetischen molekularen Anordnung SMA, mittels zumindest einer chemischen Bindung von variablem Grad oder Ausmaß an Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke wechselzuwirken. Im Allgemeinen handelt es sich bei dem Axialliganden AL um eine Art von Ligand ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einzähnigen, zweizähnigen, dreizähnigen Liganden und Liganden mit mehreren Zähnen.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Axialliganden AL um eine chemische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anionischen Verbindungen und neutralen Verbindungen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Axialliganden AL um eine neutrale Verbindung, die einen elektronenreichen Bereich oder eine elektronenreiche Gruppe aufweist und sich wie eine Lewis-Säure verhält.
Insbesondere wird der Axialligand AL als eine neutrale Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Heterozyklen, verbrückten Heterozyklen, Aminen, Ethern, Alkoholen, Isocyaniden, Polyheterozyklen, Amiden, Thiolen, ungesättigten Verbindungen, Alkylhalogeniden und Nitroverbindungen. Zum Beispiel wird der Axialligand AL als eine neutrale Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pyridin, Imidazol, 4,4'-Bipyridin und 1,3-Diaminopropan.
Zum Beispiel wird der Axialligand AL als eine anionische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cyaniden, Säuren, Carbonsäuren.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die oben beschriebene zweite Art von Bereich mit physikochemischem Verhalten des Axialliganden AL federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur und federartiges, elastisches, reversibles Verhalten oder federartige, elastische, reversible Kennzeichen auf, zum Beispiel wie vorab oben unter Bezugnahme auf die fünfte, bevorzugte Ausführungsform der synthetischen, molekularen Federvorrichtung 80, die in 5 illustriert wird, beschrieben. Bei dieser besonderen beispielhaften bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Axialliganden AL um einen zweizähnigen Axialliganden AL, der reversibel physikochemisch mit jedem der zwei Atome M und M' gepaart ist, wobei der Körper 86 des zweizähnigen Axialliganden AL ein im Wesentlichen elastischer molekularer Linker ML ist, der einen Körper 86 und zwei Enden 88 und 90, von denen jedes chemisch an ein einzelnes Ende, jeweils 92 und 94, des zweizähnigen Axialliganden AL gebunden ist, aufweist.
Zwecks Implementierung der vorliegenden Erfindung basiert die für das Konzipieren der synthetischen molekularen Anordnung SMA durch Auswählen eines besonderen Kombination eines Atoms oder von Atomen M, einer komplexbildenden Gruppe oder von komplexbildenden Gruppen CG und eines Axialliganden oder von Axialliganden AL verwendete Argumentation auf dem besonderen ausgewählten Typ von Aktivierungsmechanismus AM. Zum Beispiel kann in dem Fall, dass chemische Kontrolle, wie etwa mittels pH-Kontrolle, der Wirkung der synthetischen molekularen Anordnung SMA im Allgemeinen wünschenswert ist, während gleichzeitig der Übergang von dem kontrahierten in den expandierten, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML im Besonderen nach photochemischer Anregung vermieden wird, die synthetische molekulare Anordnung SMA derart konzipiert sein, dass sie die folgenden, spezifischen primären Komponenten einschließt: das Atom M, bei dem es sich um Mg(II) handelt, die komplexbildende Gruppe CG, bei der es sich um ein Derivat von Porphyrin handelt, und der Axialligand AL, bei dem es sich um einen Alkohol handelt.
Der molekulare Linker ML wirkt in erster Linie durch die Tatsache, dass er im Wesentlichen elastisch ist, einen Körper und zwei Enden aufweist, von denen zumindest ein Ende chemisch an eine weitere Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA gebunden ist.
Darüber hinaus spielt die im Wesentlichen elastische Funktionalität zusammen mit einer geeigneten Struktur des molekularen Linkers ML eine entscheidende Rolle bei dem Implementieren des Hauptaspekts der/des multi-parametrischen, kontrollierbaren, federartigen, elastischen, reversiblen Funktion, Struktur und Verhaltens der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung. Spezifischer, wie vorab oben unter Bezugnahme auf die fünf beispielhaften, bevorzugten Ausführungsformen der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, die in den 1–5 illustriert werden, beschrieben, folgt auf den Aktivierungsmechanismus AM, der ein Aktivierungssignal AS/AS' zwecks physikochemischer Modifizierung zumindest eines im Vorhinein festgelegten Atom-Axialliganden-Paars an zumindest ein im Vorhinein festgelegtes Atom-Axialliganden-Paar sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML.
Der molekulare Linker ML wird gemäß einem wünschenswerten Ausmaß oder Grad an für die synthetische, molekulare Anordnung SMA im Besonderen und für die synthetische, molekulare Federvorrichtung im Allgemeinen benötigte Elastizität ausgewählt, um die/das multi-parametrische, kontrollierbare, federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur oder Verhalten, die bei einer breiten Palette unterschiedlicher Umgebungen eingesetzt werden kann, anzuzeigen. Spezifischer wird die Elastizität des molekularen Linkers ML derart ausgewählt, um eine ausreichende, mechanische, federartige, elastische, reversible Rückstellkraft gemäß der Verwendung des Aktivierungsmechanismus AM zu produzieren, wenn ein besonderer linearer, konformativer Zustand des molekularen Linkers ML, ob nun kontrahiert oder expandiert, von einem Zustand in den weiteren Zustand umgewandelt wird.
Eine zweite, mit der ersten Funktion in Zusammenhang stehende Funktion des molekularen Linkers ML dient als ein physikalischer, geometrischer, linearer Spacer als Teil der Konzeption und Synthese der geometrischen Konfiguration oder Form und Dimensionen in Bezug auf die kontrahierten und expandierten linearen, konformativen Zustände der synthetischen, molekularen Anordnung SMA. Der molekulare Linker ML ist die primäre Komponente der synthetischen molekularen Anordnung SMA, die das Ausmaß und den Grad an Übergang von dem kontrahierten in den expandierten linearen konformativen Zustand oder von dem expandierten in den kontrahierten linearen konformativen Zustand festlegt. Wie vorhin oben beschrieben, ist dieses Ausmaß oder dieser Grad an Übergang gekennzeichnet durch den Parameter, und zwar die Änderung des effektiven End-zu-End-Abstands des molekularen Linkers, D_E – D_C oder D_C – D_E jeweils, der das Vorzeichen, das heißt, jeweils positiv oder negativ, und die Größenordnung der Änderung des effektiven End-zu-End-Abstands D zwischen den zwei Enden eines einzigen molekularen Linkers ML oder zwischen zwei willkürlich ausgewählten Enden einer Vielzahl von molekularen Linkern ML, die in eine besondere synthetische, molekulare Anordnung SMA eingeschlossen sind, nach dem jeweiligen Übergang in lineare, konformative Zustände, angibt.
Eine dritte Funktion des molekularen Linkers ML dient dem Richten der resultierenden translationalen oder linearen Bewegung während des Übergangs in lineare, konformative Zustände gemäß einer definierten Bahn entlang zumindest einer willkürlich definierten Achse der synthetischen, molekularen Anordnung SMA.
Im Allgemeinen handelt es sich bei dem molekularen Linker ML um eine chemische Einheit, die im Wesentlichen elastisch ist, einen Körper und zwei Enden aufweist, von denen zumindest ein Ende chemisch mittels zumindest einer chemischen Bindung von variablem Grad oder Ausmaß an Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke an eine weitere Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA gebunden ist, und die eine variable geometrische Konfiguration oder Form mit variablen Dimensionen und Elastizität aufweist.
Im Besonderen weist der molekulare Linker ML zumindest ein chemisch an eine weitere Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem Atom M, der komplexbildenden Gruppe CG, dem Axialliganden AL, dem optionalen Bindeglied CC und der optionalen Bindungsstelle BS der synthetischen, molekularen Anordnung SMA gebundenes Ende auf. Bevorzugt weist der molekulare Linker ML zwei Enden auf, die jeweils an eine einzelne entsprechende komplexbildende Gruppe CG, zum Beispiel, wie vorhin in Bezug auf die erste und zweite beispielhafte, bevorzugte Ausführungsform der synthetischen molekularen Federvorrichtung 10 und 30, die jeweils in den 1 und 2 illustriert werden, beschrieben wurde, chemisch gebunden sind.
Im Allgemeinen handelt es sich bei dem molekularen Linker ML um eine chemische Einheit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Einheit von zumindest zwei einzelnen Atomen und einer Einheit von zumindest zwei Molekülen. Bevorzugt handelt es sich bei dem molekularen Linker ML um eine chemische Einheit, die zumindest zwei Atome aufweist, die in der Lage sind, mittels zumindest einer chemischen Bindung von variablem Grad oder Ausmaß an Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke miteinander und mit zumindest einer weiteren Komponenten der synthetischen, molekularen Anordnung SMA wechselzuwirken.
Bevorzugter wird der molekulare Linker ML ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus molekularen Ketten variabler Länge, Verzweigung und Sättigung; zyklischen Verbindungen mit zahlreichen mono-, di- oder polyfunktionellen Gruppen; aromatischen Verbindungen mit zahlreichen mono-, di- oder polyfunktionellen Gruppen und Kombinationen davon.
Im Besonderen handelt es sich bei dem molekularen Linker ML um eine chemische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkanen, Alkenen, Alkinen, substituierten Phenylen, Alkoholen, Ethern, Mono-(Arylenethinylen)en, Oligo-(Arylenethinylen)en, Poly-(Arylenethinylen)en und (Phenylenethinylen)en. Ein spezifisches Beispiel für den molekularen Linker ML ist eine chemische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C₂-Alkinen, C₄-Alkinen, C₆-Alkinen, 1,4-substituierten Phenylen, 1,4-substituierten Bicyclo[2,2,2]Oktanen und Diethern.
Der Aktivierungsmechanismus AM wirkt durch kontrollierbare Aktivierung der/des federartigen, elastischen, reversiblen Funktion, Struktur und Verhaltens der synthetischen, molekularen Anordnung SMA. Im Besonderen, wie vorab oben unter Bezugnahme auf die fünf beispielhaften, bevorzugten Ausführungsformen der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, die in den 1–5 illustriert werden, beschrieben, folgt auf den Aktivierungsmechanismus AM, der zwecks physikochemischer Modifizierung zumindest eines im Vorhinein festgelegten Atom-Axialliganden-Paars ein Aktivierungssignal AS/AS' an zumindest ein im Vorhinein festgelegtes Atom-Axialliganden-Paar sendet, die Aktivierung von zumindest einem Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML.
Grundsätzlich handelt es sich dem Aktivierungsmechanismus AM im Wesentlichen um einen angemessen konzipierten und konstruierten Mechanismus jeder beliebigen Art, der kontrollierbar wirkt, dessen Betrieb kontrollierbar ist, da er wirksam auf zumindest ein im Vorhinein festgelegtes, reversibel physikochemisch gepaartes Atom-Axialliganden-Paar zwecks Sendens des Aktivierungssignals AS/AS' an zumindest ein im Vorhinein festgelegtes Atom-Axialliganden-Paar, zum Beispiel die Atom-Axialliganden-Paare 12 und 14 (1), 32, 34 und 36 (2), 52 (3), 62 und 64 (4) und 82 und 84 (5), zwecks physikochemischer Modifizierung des zumindest einen im Vorhinein festgelegten Atom-Axialliganden-Paares wirkt, wodurch zumindest ein Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML aktiviert wird. Bevorzugt kann der Aktivierungsmechanismus AM unter variablen Betriebsbedingungen und in einer Vielzahl unterschiedlicher Umgebungen eingesetzt werden und führt diese Funktion unter und bei denselben aus.
Wie vorhin oben in Bezug auf die Beschreibung der Struktur und Funktion der verallgemeinerten synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung angemerkt, weist das Aktivierungssignal zwei kontrollierbare, allgemeine, komplementäre Niveaus auf, jeweils mit definierter Amplitude und Dauer, das heißt, ein erstes, allgemeines, komplementäres Niveau AS und ein zweites, allgemeines, komplementäres Niveau AS'. Das erste allgemeine, komplementäre Niveau AS des Aktivierungssignals AS/AS' wird zwecks physikochemischer Modifizierung des Atom-Axialliganden-Paares mittels einer ersten Richtung eines reversiblen, physikochemischen Mechanismus, der mit der grundlegenden Wirkweise des Aktivierungsmechanismus AM übereinstimmt, an das zumindest eine im Vorhinein festgelegte Atom-Axialliganden-Paar gesandt, wobei es zur Aktivierung eines federartigen, elastischen, reversiblen Übergangs von einem kontrahierten, linearen, konformativen Zustand, auf den hierunter als (A) Bezug genommen wird, in einen expandierten, linearen, konformativen Zustand, auf den hierin als (B) Bezug genommen wird, des zumindest einen im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers ML kommt. Das zweite allgemeine, komplementäre Niveau AS' des Aktivierungssignals AS/AS' ermöglicht das Zurückkehren des zumindest einen, im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers ML in den kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand.
Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die physikochemische Beziehung zwischen dem Atom-Axialliganden-Paar und dem molekularen Linker ML zu der oben beschriebenen Beziehung entgegengesetzt, wobei das erste allgemeine, komplementäre Niveau AS des Aktivierungssignals AS/AS' das Zurückkehren des zumindest einen, im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers ML in einen kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand ermöglicht. Das zweite allgemeine, komplementäre Niveau AS' des Aktivierungssignals AS/AS' wird zwecks physikochemischer Modifizierung des Atom-Axialliganden-Paares mittels einer zweiten Richtung eines reversiblen, physikochemischen Mechanismus, der mit der grundlegenden Wirkweise des Aktivierungsmechanismus AM übereinstimmt, an das zumindest eine im Vorhinein festgelegte Atom-Axialliganden-Paar gesandt, wobei es zur Aktivierung eines federartigen, elastischen, reversiblen Übergangs von einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand in einen kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand des zumindest einen im Vorhinein festgelegten molekularen Linkers ML kommt.
Es sei anzumerken, dass zwecks Nicht-Einschränkung der Bedeutung der Funktion des Aktivierungssignals des Aktivierungsmechanismus AM in Bezug auf Terminologie und Schreibweise die zwei kontrollierbaren, allgemeinen, komplementären Niveau AS und AS des Aktivierungssignals AS/AS' in der Praxis als Synonyme gelten, wobei das Aktivierungssignal AS/AS' ebenfalls als das Aktivierungssignal AS'/AS geschrieben werden kann.
Darüber hinaus, wie vorhin oben angemerkt, weist jedes allgemeine komplementäre Niveau AS und AS' oder AS' und AS des Aktivierungssignals AS/AS' oder AS'/AS jeweils zumindest ein spezifisches Unterniveau, bevorzugt eine Vielzahl von spezifischen Unterniveaus mit Magnitude, Intensität, Amplitude oder Stärke auf.
Zu jedem beliebigen Zeitpunkt ist eines der zwei allgemeinen, komplementären Niveaus AS und AS' des Aktivierungssignals AS/AS' des Aktivierungsmechanismus AM teilweise kontrollierbar gemäß den Betriebsparametern des Aktivierungsmechanismus AM auf das zumindest eine, im Vorhinein festgelegte, reversibel physikochemisch gepaarte Atom-Axialliganden-Paar gerichtet und wird an dasselbe gesandt. Ausgewählte, beispielhafte Betriebsparameter des Aktivierungsmechanismus AM lauten wie folgt: (1) Magnitude, Intensität, Amplitude oder Stärke, (2) Frequenz, (3) Zeit oder Dauer, (4) Wiederholungsrate oder Periodizität und (5) Schaltrate, das heißt, das Schalten von einem, zum Beispiel dem ersten komplementären Niveau AS, zu einem weiteren, zum Beispiel dem zweiten komplementären Niveau AS' oder umgekehrt, des besonderen, allgemeinen, komplementären Niveaus des Aktivierungssignals, das auf zumindest ein im Vorhinein festgelegtes, reversibel physikochemisch gepaartes Atom-Axialliganden-Paar gerichtet ist und an dasselbe gesandt wird.
Im Allgemeinen handelt es sich bei dem Aktivierungsmechanismus AM um einen Mechanismus, der zwecks Sendens eines Aktivierungssignals an das Paar von chemischen Spezies zwecks physikochemischer Modifizierung des Paares von chemischen Spezies wirksam auf das Paar von chemischen Spezies gerichtet ist. Bei der vorliegenden Erfindung entspricht wie vorhin beschrieben und oben illustriert ein solches Paar von chemischen Spezies dem reversibel, physikochemisch gepaarten Atom-Axialliganden-Paar der synthetischen, molekularen Anordnung SMA.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Aktivierungsmechanismus AM um eine Art von Mechanismus ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus elektromagnetischen Mechanismen, die elektromagnetische Arten eines solchen Aktivierungssignals senden, elektrischen/elektronischen Mechanismen, die elektrische/elektronische Arten von Aktivierungssignalen senden, chemischen Mechanismen, die chemische Arten von Aktivierungssignalen senden, elektrochemischen Mechanismen, die elektrochemische Arten von Aktivierungssignalen senden, magnetischen Mechanismen, die magnetische Arten von Aktivierungssignalen senden, akustischen Mechanismen, die akustische Arten von Aktivierungssignalen senden, photoakustischen Mechanismen, die photoakustische Arten von Aktivierungssignalen senden und Kombinationen davon, die kombinierte Arten von Aktivierungssignalen senden.
Ein beispielhafter Aktivierungsmechanismus elektromagnetischer Art wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivierungsmechanismen auf Basis von Laserstrahl, die Laserstrahlarten von Aktivierungssignalen senden, Aktivierungsmechanismen auf Basis von Maserstrahlen, die Arten von Maserstrahlen von Aktivierungssignalen senden, und Kombinationen davon.
Ein beispielhafter Aktivierungsmechanismus elektrischer/elektronischer Art ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivierungsmechanismen auf Basis von elektrischem Strom, die Aktivierungssignale in Form von elektrischem Strom senden, Aktivierungsmechanismen auf Basis von Vorspannung, die Aktivierungssignale in Form von Vorspannung senden, und Kombinationen davon.
Ein beispielhafter Aktivierungsmechanismus chemischer Art ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivierungsmechanismen auf Basis von Protonierung-Deprotonierung, die Aktivierungssignale in Form von Protonierung-Deprotonierung senden, Aktivierungsmechanismen auf Basis von pH-Änderung, die Aktivierungssignale in Form von pH-Änderungen senden, Aktivierungsmechanismen auf Basis von Konzentrationsänderung, die Aktivierungssignale in Form von Konzentrationsänderungen senden, und Kombinationen davon.
Ein beispielhafter Aktivierungsmechanismus elektrochemischer Art ist ein Aktivierungsmechanismus auf Basis von Reduktion/Oxidation, der Aktivierungssignale in Form von Reduktion/Oxidation erzeugt und sendet.
Zwecks Implementierens der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird der verwendete Aktivierungsmechanismus AM spezifischer Art konzipiert und betrieben gemäß einer synthetischen, molekularen Anordnung SMA spezifischer Art, die spezifische Arten von miteinander verknüpften Komponenten und Kennzeichen derselben aufweist. Spezifischer handelt es sich bei den primären Komponenten der als eine Basis für das Festlegen des Aktivierungsmechanismus AM spezifischer Art verwendeten synthetischen, molekularen Anordnung SMA um das Atom M, die komplexbildende Gruppe CG und den Axialliganen AL. Abgesehen von der allgemeinen Funktion und Struktur des molekularen Linkers ML in Bezug auf die Gesamtfunktion und -struktur der synthetischen, molekularen Anordnung SMA im Besonderen und in Bezug auf die Gesamtfunktion und -struktur der synthetischen, molekularen Federvorrichtung im Allgemeinen wie vorhin oben beschrieben sind spezifische Arten und Kennzeichen des molekularen Linkers ML von zweitrangiger Bedeutung in Bezug auf das Auswählen, Konzipieren und Betreiben des Aktivierungsmechanismus AM.
Diese zweitrangige Bedeutung des molekularen Linkers ML in Bezug auf das Auswählen, Konzipieren und Betreiben des Aktivierungsmechanismus AM macht das Verwenden eines im Allgemeinen unabhängigen modularen Lösungsansatzes für das Konzipieren und Betreiben der synthetischen, molekularen Anordnung SMA im Besonderen und für das Konzipieren und Betreiben der synthetischen, molekularen Federvorrichtung im Allgemeinen möglich. Spezifischer kann der Aktivierungsmechanismus AM derselben spezifischen Art ausgewählt, konzipiert und betrieben werden zwecks Aktivierung einer synthetischen, molekularen Anordnung SMA, zum Beispiel einer vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U wie in Bezug auf Modularität und Vergrößern der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Beschreibung in den 6–8 illustriert und oben beschrieben, die eine vergrößerte Vielzahl von chemischen Einheiten oder Modulen einschließlich unterschiedlicher Arten des molekularen Linkers ML mit variabler geometrischer Konfiguration oder Form mit variablen Dimensionen und Elastizität aufweist, zum Beispiel, wenn der molekulare Linker ML entweder lang oder kurz, elastisch oder starr ist, wenn die Arten und Kennzeichen des Atoms M, der komplexbildenden Gruppe CG und des Axialliganden AL von Modul zu Modul in der synthetischen, molekularen Anordnung SMA identisch oder zumindest ähnlich sind.
Die vorliegende Erfindung kann alternativ implementiert werden, wobei Aktivierungsmechanismen AM unterschiedlicher spezifischer Arten, zum Beispiel elektromagnetischer, elektrochemischer und chemischer Art, ausgewählt, konzipiert oder betrieben werden zwecks Aktivierung einer synthetischen, molekularen Anordnung SMA, die dieselben primären Komponenten aufweist, das heißt, dasselbe Atom oder dieselben Atome M, dieselbe/n komplexbildende/n Gruppe/n CG, denselben oder dieselben Axialliganden AL und denselben oder dieselben molekularen Linker ML wie hierin unten beschrieben.
Ausgewählte Details für das Implementieren von drei Aktivierungsmechanismen AM unterschiedlicher spezifischer Art, die als Teil der synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind, folgen hierin unten. Bei jedem beispielhaften Fall schließt die synthetische, molekulare Anordnung SMA das Atom M als ein Ni(II)-Kation, die komplexbildende Gruppe CG als ein meso-substituiertes Derivat von Porphyrin, den Axialliganden AL als 4,4'-Bipyridin und zumindest einen, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker ML mit einem Körper und zwei Enden, von denen zumindest eines chemisch an eine weitere Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA gebunden ist, ein.
Bei dem ersten beispielhaften Fall findet die Implementierung eines Aktivierungsmechanismus auf Basis eines Laserstrahls als ein beispielhafter Aktivierungsmechanismus AM elektromagnetischer Art statt. Photoinduzierte Dissoziation von Kation und Axialligand in Nickel-Porphyrinen impliziert üblicherweise ultraschnellen Transfer von photochemischer Anregungsenergie von dem niedrigsten, angeregten Zustand π – π* der komplexbildenden Makrozyklus-Gruppe des zentralen Ni-Atoms, wodurch die elektronische Konfiguration der komplexbildenden Gruppe von einem High Spin Triplett Zustand (¹d_x ² _–z ², ¹d_x ²) in einen Low Spin Singlett Zustand (²d_z ²) geändert wird.
In diesem Fall wird die Wellenlänge des Laserlichts ideal ausgewählt, sodass sie mit dem Absorptionsmaximum übereinstimmt, das normalerweise in dem Bereich von ungefähr 350 nm bis ungefähr 900 nm für den Komplex aus komplexbildender Gruppe CG, Atom M, Axialligand AL der synthetischen, molekularen Anordnung SMA liegt. Spezifischer ist es im Fall von Metallporphyrinen wünschenswert, dass die Wellenlänge des Laserlichts in dem Bereich des Soret-Absorptionsbandes, typischerweise in dem Bereich von ungefähr 380 nm bis ungefähr 460 nm, liegt. Dies wird zum Beispiel durch die Verwendung eines Pikosekunden-Diodenlasers erreicht, der bei einer Wiederholungsrate von 40 MHz mit einer Genauigkeitsrate von plus/minus 3 nm bei 420 nm Wellenlänge arbeitet.
Das wirksame Richten des Aktivierungsmechanismus auf Basis von Laserstrahl zu dem Kation-Axialliganden-Paar mit einem Laserstrahl-Puls, der als das Aktivierungssignal AS elektromagnetischer Art, das durch den Aktivierungsmechanismus AM an das Kation-Axialliganden-Paar gesandt wird, funktioniert, modifiziert das Kation-Axialliganden-Paar mittels einer Dissoziation von Kation und Axialligand als ein Ergebnis der starken Repulsion zwischen dem doppelt belegten d_z ² Orbital und der Elektronendichte an den Axialliganden physikochemisch. Die Dissoziation von Kation und Axialligand wird von der Aktivierung eines federartigen, elastischen, reversiblen Übergangs von einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand in einen expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML begleitet. Nach dem Ende des Pulses des Laserstrahls, der auf das Kation-Axialliganden-Paar gerichtet ist, wird die Assoziation des Axialliganden und des Kations von der Aktivierung eines federartigen, elastischen, reversiblen Übergangs von dem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand in den kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML begleitet.
Bei dem zweiten beispielhaften Fall findet die Implementierung eines Aktivierungsmechanismus auf Basis von Reduktion/Oxidation als ein beispielhafter Aktivierungsmechanismus AM elektrochemischer Art statt. Elektroreduktion in Nickel-Porphyrinen ist üblicherweise Metall-zentriert. Ähnlich zu dem Fall der Verwendung des oben beschriebenen Aktivierungsmechanismus auf Basis von Laserstrahl resultiert in diesem Fall die Verwendung eines Aktivierungsmechanismus auf Basis von Reduktion/Oxidation ebenfalls in einer elektronischen Konfiguration der komplexbildenden Gruppe (¹d_x ² _–z ², ²d_z ²).
In diesem Fall liegen die typischen Reduktionspotentiale für Metall-Porphyrine in dem Bereich von ungefähr –1,0 V bis ungefähr –2,5 V vs. SCE (gesättigte Calomel-Referenzelektrode). Typische Oxidationspotentiale für Metall-Porphyrine liegen in dem Bereich von ungefähr +0,5 V bis ungefähr +1,3 V vs. SCE. Zwecks Elektro-Reduktion/Oxidation kann eine externe Spannungsversorgung verwendet werden, zum Beispiel, als Teil einer standardmäßigen, elektrochemischen Arbeitsstation mit einer angemessenen Zellkonfiguration wie im Stand der Technik der Elektrochemie hinreichend bekannt. Im Besonderen zum Beispiel eine standardmäßige, elektrochemische Arbeitsstation, die einen standardmäßigen Drei-Elektroden-Aufbau aufweist, wobei es sich bei der Referenzelektrode um Ag/Ag+ in einer Acetonitril/ N,N-Dimethylformamid-Elektrolyt-Lösung handeln kann. Bei der Arbeits- und Gegenelektrode kann es sich um Pt-Platten oder Pt-Drähte handeln. Die Elektroden sind gemäß dem spezifischen Betriebsmodus elektrisch mit der synthetischen, molekularen Anordnung SMA verbunden. Zum Beispiel kann es sich hierbei um die Elektrolyt-Lösung oder jedes beliebige weitere Medium, das in der Lage ist, die synthetische, molekulare Anordnung SMA und die externe Spannungsversorgung elektrisch zu verbinden, handeln.
Das wirksame Richten des Aktivierungsmechanismus auf Basis von Reduktion/Oxidation auf das Kation-Axialliganden-Paar mit der Funktion als das Aktivierungssignal AS elektrochemischer Art, das durch den Aktivierungsmechanismus AM an das Kation-Axialliganden-Paar gesandt wird, modifiziert das Kation-Axialliganden-Paar mittels Dissoziation von Kation und Axialligand als ein Ergebnis der starken Repulsion zwischen dem doppelt belegten d_z ² Orbital und der Elektronendichte an den Axialliganden physikochemisch. Die Dissoziation von Kation und Axialligand wird von der Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand und einem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML begleitet.
In dem dritten beispielhaften Fall findet die Implementierung eines Aktivierungsmechanismus auf Basis von Protonierung/Deprotonierung als ein Beispiel für einen Aktivierungsmechanismus AM chemischer Art statt. Der Bipyridin-Axialligand verhält sich wie eine Lewis-Säure. Die synthetische, molekulare Anordnung SMA wird aufgelöst oder an eine Oberfläche, die in Acetonitril-Lösungsmittel getaucht ist, gebunden. Eine saure Lösung von Acetonitril und einer verdünnten, wässrigen Lösung von HCl/saurer Acetonitril-Lösung wird hergestellt. Die saure Acetonitril-Lösung, die als das Aktivierungssignal AS chemischer Art wirkt, ist wirksam auf das Kation-Axialliganden-Paar der synthetischen, molekularen Anordnung SMA, die sich in der Acetonitril-Lösungsmittel Umgebung befindet, gerichtet und wird zum Beispiel unter Verwendung eines Aufbaus zur kontrollierbaren Freigabe von Lösungsmittel an dasselbe gesandt. Das saure Acetonitril modifiziert physikochemisch das Kation-Axialliganden-Paar mittels Protonierung oder Versäuerung, wobei die Stickstoffatome des Bipyridin-Axialliganden AL protoniert werden, wodurch die Fähigkeit, koordinative Bindungen zwischen dem Axialliganden AL und dem Nickel(II)-Atom M zu bilden, verloren geht. Das Spalten oder Brechen der koordinativen Bindung von Kation und Axialligand wird von der Aktivierung eines federartigen, elastischen, reversiblen Übergangs von einem kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand in einen expandierten, linearen, konformativen Zustand (B) des molekularen Linkers ML begleitet.
Um den kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML in einer ähnlichen, jedoch komplementären Art und Weise wiederherzustellen, wird die basische Lösung von Acetonitril und verdünntem NaOH, die als das Aktivierungssignal AS' chemischer Art wirkt, wirksam unter Verwendung des Aufbaus zur kontrollierbaren Freigabe von Lösungsmittel gerichtet und an die saure Lösung, die das Kation-Axialliganden-Paar der synthetischen, molekularen Anordnung SMA enthält, gesandt. Das basische Acetonitril modifiziert physikochemisch das Kation-Axialliganden-Paar mittels Deprotonierung, wobei die protonierten Stickstoffatome des Bipyridin-Axialliganden AL deprotoniert werden, wodurch die Fähigkeit, koordinative Bindungen zwischen dem Axialliganden AL und dem Nickel(II)-Atom M zu bilden, erreicht wird. Das Spalten oder Brechen der koordinativen Bindung von Kation und Axialligand wird von der Aktivierung eines federartigen, elastischen, reversiblen Übergangs von dem expandierten (B), linearen, konformativen Zustand in den kontrahierten (A), linearen, konformativen Zustand des molekularen Linkers ML begleitet.
Das chemische Bindeglied CC wirkt in erster Linie durch chemisches Verbinden der Komponenten der synthetischen, molekularen Anordnung SMA untereinander.
Eine zweite Funktion des chemischen Bindeglieds CC dient der Bereitstellung zusätzlicher struktureller Einschränkung(en) in Bezug auf eine weitere Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA. Zum Beispiel kann der Axialligand AL zusätzlich zu der Tatsache, dass er reversibel physikochemisch mit dem Atom M, das wie oben beschrieben an die komplexbildende Gruppe CG komplexiert ist, gepaart ist und als Teil des reversibel, physikochemisch gepaarten Atom-Axialliganden-Paares existiert, mittels des chemischen Bindeglieds CC mit der synthetischen molekularen Anordnung SMA verbunden sein.
Im Allgemeinen handelt es sich bei dem chemischen Bindeglied CC um eine Einheit, die in der Lage ist, Komponenten der synthetischen, molekularen Anordnung SMA mittels chemischer Bindungen von variablem Grad oder Ausmaß von Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke chemisch untereinander zu verbinden und eine variable geometrische Konfiguration oder Form mit variablen Dimensionen oder Elastizität aufweist. Im Allgemeinen handelt es sich bei dem chemischen Bindeglied CC um eine chemische Einheit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Atomen und Molekülen.
Die Bindungsstelle BS wirkt in erster Linie durch das Binden zumindest eines Teils der synthetischen, molekularen Anordnung SMA an eine externe Einheit (in den Zeichnungen nicht gezeigt), die Teil von oder getrennt von einem umfassenderen Mechanismus oder einer umfassenderen Vorrichtung ist.
Eine zweite Funktion der Bindungsstelle BS dient der Bereitstellung von gerichteter Modularität in der vergrößerten Anordnung einer ,polymolekularen' synthetischen, molekularen Anordnung SMA, die eine Vielzahl von chemischen Einheiten oder Modulen aufweist. Durch die Definition spezifischer Verbindungsmöglichkeiten zum Beispiel gemäß einer Art von Baustein einer vergrößerten Anordnung ist es möglich, die Art und Konfiguration von Konnektivität einer „Bottom-Up" Selbst-Anordnung von großen, polymolekularen Strukturen der synthetischen, molekularen Anordnung SMA, die eine Vielzahl von chemischen Einheiten oder Modulen aufweist, im Vorhinein festzulegen.
Eine dritte Funktion der Bindungsstelle BS dient dazu, der synthetischen, molekularen Anordnung SMA im Besonderen und der synthetischen, molekularen Federvorrichtung im Allgemeinen Erkennungsstellen bereitzustellen. Zum Beispiel durch die Verwendung einer Bindungsstelle BS, die einen oder mehr als einen Rezeptoren, der/die durch spezifische Antikörper erkannt werden soll, aufweist.
Im Allgemeinen handelt es sich bei der Bindungsstelle BS um eine chemische Einheit, die mittels zumindest einer chemischen Bindung von variablem Grad oder Ausmaß an Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke an zumindest eine weitere Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA chemisch gebunden ist und eine variable geometrische Konfiguration oder Form mit variablen Dimensionen und Elastizität aufweist. Spezifischer handelt es sich bei der Bindungsstelle BS um eine chemische Einheit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Atomen, Molekülen, zwischenliegenden Spacer-Armen, brückenbildenden Gruppen, Trägermolekülen und Kombinationen davon.
Modularität und Vergrößerung
Die synthetische, molekulare Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann aufgrund des einheitlichen oder modularen Kennzeichens der synthetischen, molekularen Anordnung SMA vergrößert werden. Es handelt sich hierbei um ein wichtiges Kennzeichen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf das Verbinden und Implementieren der molekularen Federvorrichtung mit der und in die makroskopische Welt.
Gemäß der Beschreibung der verallgemeinerten synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist die synthetische, molekulare Anordnung SMA zumindest eine chemische Einheit oder ein chemisches Modul auf, die/das folgendes einschließt: (i) zumindest ein Atom M, (ii) zumindest eine komplexbildende Gruppe CG, die an zumindest ein Atom M komplexiert ist, (iii) zumindest eines Axialliganden AL, der reversibel physikochemisch mit zumindest einem Atom M, das an die komplexbildende Gruppe CG komplexiert ist, gepaart ist, und (iv) zumindest einen, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker ML, der einen Körper und zwei Enden aufweist, von denen zumindest eines chemisch an eine weitere Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA gebunden ist.
Darüber hinaus schließt die synthetische, molekulare Anordnung SMA optional zusätzliche Komponenten ein: (v) zumindest ein chemisches Bindeglied CC zwecks chemischer Verbindung der Komponenten der synthetischen, molekularen Anordnung SMA untereinander; und/oder (vi) zumindest eine Bindungsstelle BS, die zwecks potentiellen Bindens dieser Position der synthetischen, molekularen Anordnung SMA an eine externe Einheit, die Teil von oder getrennt von einem umfassenderen Mechanismus oder einer umfassenderen Vorrichtung ist, jeweils an einer im Vorhinein festgelegten Position einer weiteren solchen Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung SMA vorhanden ist.
Dementsprechend wird die synthetische, molekulare Anordnung SMA per definitionem durch geeignetes Anordnen und Verbinden einer Vielzahl von zumindest zwei der oben beschriebenen chemischen Einheiten oder Module vergrößert, wobei jede chemische Einheit oder jedes chemische Modul die oben angezeigten Komponenten einschließt. Darüber hinaus wird die synthetische, molekulare Anordnung SMA zwecks Bildung einer variablen geometrischen Konfiguration oder Form mit variablen Dimensionen und Elastizität einer Vielzahl der chemischen Einheiten oder Module, zum Beispiel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer eindimensionalen Anordnung, einer zweidimensionalen Anordnung, einer dreidimensionalen Anordnung und Kombinationen davon, vergrößert.
Grundsätzlich wirkt ein im Vorhinein festgelegter Teil, das heißt eine bestimmte Anzahl der verbundenen Einheiten oder Module einer vergrößerten synthetischen, molekularen Anordnung, auf die hierin als SMA-U Bezug genommen wird, als Teil der vergrößerten synthetischen, molekularen Anordnung und/oder als eine verbindende Einheit oder ein verbindendes Modul für das Verbinden von zumindest zwei weiteren Einheiten oder Modulen der vergrößerten synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U, die zum Beispiel unten angezeigt und in den 6–8 illustriert wird. Bei Inkorporation als Teil einer eindimensionalen, einer zweidimensionalen oder einer dreidimensionalen Anordnung einer Vielzahl der chemischen Einheiten oder Modulen behält jede chemische Einheit oder jedes chemische Modul der vergrößerten synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U ihre/seine individuelle Funktionalität und Struktur zusätzlich zu der Tatsache, dass es sich um einen funktionellen und strukturellen Teil der vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U handelt, bei.
Als Teil des einheitlichen oder modularen Kennzeichens der synthetischen, molekularen Anordnung SMA können die funktionellen und strukturellen Kennzeichen, das heißt, die/das multi-parametrische kontrollierbare, federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur und Verhalten der einzelnen chemischen Einheiten oder Module entweder wirksam linear vergrößerbar sein oder synergistisch vergrößerbar sein, gemäß der tatsächlichen Anzahl und der geometrischen Konfiguration oder Form der Vielzahl der chemischen Einheiten oder Module der vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U. Darüber hinaus kann als Teil des Vergrößerns der synthetischen, molekularen Federvorrichtung im Allgemeinen zusammen mit dem Vergrößern der synthetischen, molekularen Anordnung SMA die weitere primäre Komponente der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, das heißt, der Aktivierungsmechanismus AM ebenfalls dementsprechend vergrößert werden, um einen vergrößerten Aktivierungsmechanismus, auf den hierunter als AM-U Bezug genommen wird, zu bilden.
Zum Beispiel können eine vergrößerte, synthetische, molekulare Federvorrichtung, die eine vergrößerte, synthetische, molekulare Anordnung SMA-U und einen vergrößerten Aktivierungsmechanismus AM-U aufweist, konzipiert, konstruiert und betrieben werden, wobei der vorhin beschriebene Parameter, das heißt, die Änderung des effektiven End-zu-End-Abstands D_E – D_C oder D_C – D_E des molekularen Linkers, der das Ausmaß oder den Grad des Übergangs in lineare, konformative Zustände eines oder mehr als eines willkürlich ausgewählten molekularen Linkers ML kennzeichnet, ebenfalls vergrößert werden kann, um eine Vielzahl von Ausmaßen oder Graden an Übergängen in lineare, konformative Zustände einer Vielzahl von bestimmten molekularen Linkern ML, die in die vergrößerte, synthetische, molekulare Anordnung SMA-U eingeschlossen sind, bereitzustellen.
Illustrationen von drei unterschiedlichen, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsformen einer vergrößerten, synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung werden wie folgt angezeigt. Bei jeder Illustration weist die vergrößerte, synthetische, molekulare Anordnung SMA-U eine Vielzahl von synthetischen, molekularen Anordnungen auf, wobei jede zu der synthetischen, molekularen Anordnung SMA der synthetischen, molekularen Federvorrichtung 10, die in 1 illustriert und vorhin oben beschrieben wird, ähnlich ist. Es sei anzumerken, dass, obgleich in den nachfolgenden Illustrationen nicht spezifisch gezeigt, die primären Komponenten, das heißt, die Atome M, die komplexbildenden Gruppen CG, die Axialliganden AL, die molekularen Linker ML und die optionalen, zusätzlichen Komponenten, das heißt, die chemischen Bindeglieder CC und die Bindungsstellen BS einer bestimmten synthetischen, molekularen Anordnung SMA innerhalb derselben synthetischen, molekularen Anordnung SMA identisch sein oder variieren können, und/oder dass sie von einer synthetischen, molekularen Anordnung SMA zu einer weiteren synthetischen, molekularen Anordnung SMA einer bestimmten vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U identisch sein oder variieren können.
6 ist ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer ersten beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform einer vergrößerten, synthetischen, molekularen Federvorrichtung 110 illustriert, die eine vertikale Konfiguration einer vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U und eines vergrößerten Aktivierungsmechanismus AM-U aufweist.
7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer zweiten beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform eines vergrößerten, synthetischen, molekularen Federvorrichtung 120 illustriert, die eine horizontale Konfiguration einer vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U und eines vergrößerten Aktivierungsmechanismus AM-U aufweist.
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht einer dritten beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform eines vergrößerten, synthetischen, molekularen Federvorrichtung 130 illustriert, die eine Konfiguration einer zweidimensionale Anordnung einer vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U und eines vergrößerten Aktivierungsmechanismus AM-U aufweist.
Wie klar durch die unmittelbar vorhergehende Beschreibung angezeigt, können die funktionellen und strukturellen Kennzeichen, das heißt, die/das multi-parametrische, kontrollierbare, federartige, elastische, reversible Funktion, Struktur und Verhalten der chemischen Einheiten oder Module, gemäß der tatsächlichen Anzahl und der geometrischen Konfiguration oder Form der Vielzahl der chemischen Einheiten oder Module der vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung SMA-U wirksam linear vergrößert werden. Dementsprechend ist die obige detaillierte Beschreibung, die mit Funktion und Struktur jeder der primären und optionalen Komponenten der verallgemeinerten synthetischen, molekularen Federvorrichtung, die auf jede der vorhin beschriebenen fünf beispielhaften bevorzugten Ausführungsformen der synthetischen, molekularen Federvorrichtung, die in den 1–5 illustriert werden, vollständig anwendbar sind, in Zusammenhang steht, ebenfalls bei der eben beschriebenen vergrößerten synthetischen, molekularen Federvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in den 6–8 illustriert wird, vollständig anwendbar.
Es wird geschätzt, dass gewisse Merkmale der Erfindung, die zum Zwecke der Klarheit zusammen mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben werden, ebenfalls in Kombination mit einer einzigen Ausführungsform bereitgestellt werden kann. Umgekehrt können zahlreiche Merkmale der Erfindung, die zum Zwecke der Kürze zusammen mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben werden, ebenfalls separat oder in jeder beliebigen geeigneten Kombination bereitgestellt werden.
Während die Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen und Beispielen derselben beschrieben wurde, ergeben sich für den Fachmann in der Technik einige Alternativen, Modifikationen und Variationen. Dementsprechend sollen alle diese Alternativen, Modifikationen und Variationen, die in den Schutzumfang der angehängten Ansprüche fallen, miteinbezogen werden.

Claims

Eine synthetische, molekulare Federvorrichtung (10), die folgendes umfasst: (a) eine synthetische, molekulare Anordnung (SMA), die zumindest eine chemische Einheit oder ein chemisches Modul aufweist; und (b) einen Aktivierungsmechanismus (AM) dieser synthetischen, molekularen Anordnung; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest diese eine chemische Einheit oder dieses eine chemische Modul der synthetischen, molekularen Anordnung folgendes einschließt: (i) zumindest ein Atom (M); (ii) zumindest eine komplexbildende Gruppe (CG), die an zumindest ein solches zumindest ein Atom komplexiert ist; (iii) zumindest einen Axialliganden (AL), der mit zumindest einem solchen komplexierten Atom reversibel physikochemisch gepaart ist; und (iv) zumindest einen, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker (ML), der einen Körper (16) und zwei Enden (18, 20) mit zumindest einem solchen Ende, das chemisch an eine weitere solche Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung gebundenen ist, aufweist; und dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungsmechanismus wirksam auf zumindest ein, im Vorhinein festgelegtes Atom-Axialliganden-Paar (12) gerichtet ist, wobei auf den Aktivierungsmechanismus, der zwecks physikochemischer Modifizierung zumindest eines solchen im Vorhinein festgelegten Atom-Axialliganden-Paares ein Aktivierungssignal (AS/AS') an dieses zumindest ein im Vorhinein festgelegte Atom-Axialliganden-Paar sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen kontrahiertem (A) und expandiertem (B) linearen, konformativen Zustand oder zwischen dem expandierten und dem kontrahierten, linearen, konformativen Zustand von zumindest einem solchen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker folgt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Art der reversiblen, physikochemischen Paarung zwischen einem solchen komplexierten Atom und einem solchen Axialliganden zwischen einer chemischen Wechselwirkung oder Bindung und einem Paar von zwei nicht miteinander wechselwirkenden oder nicht aneinander gebundenen Komponenten variiert, wobei das komplexierte Atom und der Axialligand innerhalb einer solchen synthetischen, molekularen Anordnung benachbart in derselben, unmittelbaren Nachbarschaft angeordnet sind.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die chemische Wechselwirkung oder Bindung ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus einer kovalenten Bindung, einer Koordinationsbindung und einer ionischen Bindung.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei bei einem solchen kontrahierten, linearen, konformativen Zustand die Art der reversiblen, physikochemischen Paarung zwischen einem solchen komplexierten Atom und einem solchen Axialliganden eine chemische Bindung ist, und bei einem solchen expandierten, linearen, konformativen Zustand die Art der reversiblen, physikochemischen Paarung zwischen diesem komplexierten Atoms und diesem Axialliganden ein Paar von zwei nicht miteinander wechselwirkenden oder nicht aneinander bindenden Komponenten ist, wobei das komplexierte Atom und der Axialligand innerhalb der synthetischen, molekularen Anordnung benachbart in derselben, unmittelbaren Nachbarschaft angeordnet sind.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei bei einem solchen kontrahierten, linearen, konformativen Zustand die Art der reversiblen, physikochemischen Paarung zwischen einem solchen komplexierten Atom und einem solchen Axialliganden ein Paar von zwei nicht miteinander wechselwirkenden oder nicht aneinander gebundenen Komponenten ist, wobei dieses komplexierte Atom und dieser Axialligand innerhalb einer solchen synthetischen, molekularen Anordnung benachbart in derselben, unmittelbaren Nachbarschaft angeordnet sind, und wobei bei einem solchen expandierten, linearen, konformativen Zustand die Art der reversiblen, physikochemischen Paarung zwischen dem komplexierten Atom und dem Axialliganden eine chemische Bindung ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solches komplexiertes Atom zumindest eine zusätzliche chemische Bindung mit der weiteren Komponente einer solchen synthetischen, molekularen Anordnung bildet.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solches komplexiertes Atom ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus neutralen Atomen und positiv geladenen Atomen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solches komplexiertes Atom ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus neutralen Atomen und positiv geladenen Atomen, von einem aus der Gruppe bestehend aus Metallen, Halbmetallen und Nicht-Metallen ausgewählten Element.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solches komplexiertes Atom ein Kation eines Elements ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesium, Chrom, Mangan, Eisen, Ruthenium, Osmium, Kobalt, Rhodium, Nickel, Kupfer, Zink, Silizium und Titan.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe zwecks lokaler Positionierung eines solchen komplexierten Atoms der komplexbildenden Gruppe in Bezug auf die Gesamtstruktur der synthetischen, molekularen Anordnung wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe zwecks lokaler Positionierung eines solchen komplexierten Atoms einer solchen komplexbildenden Gruppe bezüglich Struktur und Position eines solchen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linkers, der zwecks Eingehen dieser federartigen, elastischen, reversiblen Übergänge zwischen kontrahiertem und expandiertem, linearen, konformativen Zustand aktiviert wird, wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe zwecks Einstellung von Bonding und Debonding-Energie eines solchen im Vorhinein festgelegten Atom-Axialliganden-Paares wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe zwecks Einstellung von Aktivierungsenergie, die für das Aktivieren der federartigen, elastischen, reversiblen Übergänge zwischen dem kontrahierten, linearen, konformativen Zustand und dem expandierten, linearen, konformativen Zustand eines solchen molekularen Linkers erforderlich ist, wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe mittels zumindest einer chemischen Bindung von unterschiedlichem Grad oder Ausmaß von Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke mit einem solchen Atom komplexiert ist, und eine variable geometrische Konfiguration oder Form mit variablen Dimensionen und Elastizität aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe eine chemische Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zyklischen chemischen Verbindungen, polyzyklischen chemischen Verbindungen, nicht-zyklischen chemischen Verbindungen, linearen chemischen Verbindungen, verzweigten chemischen Verbindungen und Kombinationen davon.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe eine zyklische chemische Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus makroheterozyklischen chemischen Verbindungen und makrozyklischen chemischen Verbindungen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe eine makroheterozyklische chemische Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyazamakrozyklen, Kronenethem und Kryptaten.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe eine chemische Verbindung polyazamakrozyklischer Art ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetrapyrrolen, Phtaloycyaninen und Naphthalocyaninen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe eine chemische Verbindung von Tetrapyrrol-Art ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Porphyrinen, Chlorinen, Bakteriochlorinen, Corrolen und Porphycenen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe eine makrozyklische Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Porphyrinen, substituierten Porphyrinen, Dihydroporphyrinen, substituierten Dihydroporphyrinen, Tetrahydroporphorinen und substituierten Tetrahydroporphyrinen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe eine nicht-zyklische chemische Verbindung ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus offenkettigen Tetrapyrrolen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe eine offenkettige Tetrapyrrol-Art nicht-zyklischer chemischer Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Phycocyanobilin und Phycoerythrobilin.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche komplexbildende Gruppe eine chemische Verbindung ist, die als ein chemischer Chelator zwecks Chelatisierung eines solchen Atoms wirkt, wodurch mit dem Atom ein Chelat gebildet wird.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand zwecks chemischer Wechselwirkung mit zumindest einer weiteren solchen, zu einem solchen komplexierten Atom zusätzlichen Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand zwecks chemischer Wechselwirkung mit zumindest einen weiteren solchen, zu einem solchen komplexierten Atom zusätzlichen Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem zusätzlichen solchen komplexierten Atom, einer solchen zusätzlichen komplexbildenden Gruppe und einem solchen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker, wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand zwecks Induzierung der reversiblen Übergänge zwischen dem kontrahierten und expandierten, linearen, konformativen Zustand eines solchen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linkers durch Produzieren von zumindest einer koordinativen bindenden Wechselwirkung mit einem solchen Atom und zumindest einer zusätzlichen solchen bindenden Wechselwirkung mit zumindest einen weiteren solchen Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand zwecks Einstellung der Energie beim Binden und Lösen der Bindung eines solchen im Vorhinein festgelegten Atom-Axialliganden-Paares wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand zwecks Einstellung von Aktivierungsenergie, die zur Aktivierung der federartigen, elastischen, reversiblen Übergänge zwischen dem kontrahierten, linearen, konformativen Zustand und dem expandierten, linearen, konformativen Zustand eines solchen molekularen Linkers erforderlich ist, wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand zwecks lokaler Positionierung eines solchen Atoms in Bezug zur Gesamtstruktur der synthetischen, molekularen Anordnung wirkt.
Die Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand eine Art Ligand ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einzähnigen Liganden, zweizähnigen Liganden, dreizähnigen Liganden und mehrzähnigen Liganden.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand eine chemische Verbindung ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anionischen Verbindungen und neutralen Verbindungen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand eine neutrale Verbindung mit einem elektronenreichen Bereich oder einer elektronenreichen Gruppe ist, die sich wie eine Lewis-Säure verhält.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand eine neutrale Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Heterozyklen, verbrückten Heterozyklen, Aminen, Ethern, Alkoholen, Isocyaniden, Polyheterozyklen, Amiden, Thiolen, ungesättigten Verbindungen, Alkylhalogeniden und Nitroverbindungen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand eine neutrale Verbindung ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pyridin, Imidazol, 4,4'-Bipyridin und 1,3-Diaminopropan.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand eine anionische Verbindung ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cyaniden, Säuren und Carbonsäuren.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand zwei Arten von Bereichen mit physikochemischem Verhalten aufweist, wobei eine solche erste Art von Bereich mit physikochemischem Verhalten jenem Teil des Axialliganden entspricht, der an der koordinativen Bindungswechselwirkung mit einem solchen komplexierten Atom beteiligt ist, und wobei die zweite Art von Bereich mit physikochemischem Verhalten diesem Teil des Axialliganden entspricht, der entweder zwischen zwei Bereichen des Axialliganden solcher erster Art oder zwischen einer solchen ersten Art von Bereich und einer weiteren, solchen Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung verbindet.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 36, wobei die zweite Art von Bereich mit physikochemischem Verhalten des Axialliganden die federartige, elastische, reversible Funktion und das federartige, elastische, reversible Verhalten eines solchen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linkers aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher Axialligand ein zweizähniger Axialligand ist, der physikochemisch reversibel mit jeweils zwei solchen komplexierten Atome gepaart ist, wobei der Körper des zweizähnigen Axialliganden ein solcher im Wesentlichen elastischer, molekularer Linker ist, der Körper und zwei Enden aufweist, die jeweils chemisch an ein einzelnes Ende des zweizähnigen Axialliganden gebunden ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher im Wesentlichen elastischer, molekularer Linker unter Bezugnahme auf den kontrahierten und expandierten, linearen, konformativen Zustand der synthetischen, molekularen Anordnung als ein physikalischer, geometrischer, linearer Spacer der synthetischen, molekularen Anordnung wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher im Wesentlichen elastischer, molekularer Linker gemäß einer definierten Bahn entlang zumindest einer willkürlich definierten Achse der synthetischen, molekularen Anordnung zwecks Lenkung der resultierenden translationalen oder linearen Bewegung während des Übergangs in lineare, konformative Zustände wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher im Wesentlichen elastischer, molekularer Linker zumindest ein Ende aufweist, das chemisch an eine weitere solche Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem solchen Atom, einer solchen komplexbildenden Gruppe und einem solchen Axialliganden, gebunden ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher im Wesentlichen elastischer, molekularer Linker zwei Enden, die jeweils chemisch an eine unterschiedliche, einzelne solche komplexbildende Gruppe gebunden sind, aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher im Wesentlichen elastischer, molekularer Linker eine chemische Einheit ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus zumindest zwei einzelnen Atomen und zumindest zwei Molekülen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher im Wesentlichen elastischer, molekularer Linker eine chemische Einheit ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus molekularen Ketten variabler Länge, Verzweigung und Sättigung; zyklischen Verbindungen mit zahlreichen mono-, di- oder polyfunktionellen Gruppen; aromatischen Verbindungen mit zahlreichen mono-, di- oder polyfunktionellen Gruppen und Kombinationen davon.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher im Wesentlichen elastischer, molekularer Linker eine chemische Einheit ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkanen, Alkenen, Alkinen, substituierten Phenylen, Alkoholen, Ethern, Mono-(Arylenethinylen)en, Oligo-(Arylenethinylen)en, Poly-(Arylenethinylen)en und (Phenylenethinylen)en.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein solcher im Wesentlichen elastischer, molekularer Linker eine chemische Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C₂-Alkinen, C₄-Alkinen, C₆-Alkinen, 1,4-substituierten Phenylen, 1,4-substituierten Bicyclo[2,2,2]Oktanen und Diethern.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Aktivierungssignal zwei kontrollierbare, allgemeine, komplementäre Niveaus, jeweils mit definierter Amplitude und Dauer, aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 47, wobei dieses erste, allgemeine komplementäre Niveau des Aktivierungssignals zwecks physikochemischer Modifizierung des Atom-Axialliganden-Paares mittels einer ersten Richtung eines reversiblen, physikochemischen Mechanismus, der mit der Wirkweise eines solchen entsprechenden Aktivierungsmechanismus übereinstimmt, an zumindest ein solches, im Vorhinein festgelegtes Atom-Axialligand-Paar gesandt wird, wobei ein solcher federartiger, elastischer, reversibler Übergang von einem solchen kontrahierten, linearen, konformativen Zustand in einen solchen expandierten, linearen, konformativen Zustand zumindest eines solchen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linkers aktiviert wird und wobei das zweite, allgemeine, komplementäre Niveau des Aktivierungssignals das Zurückkehren zumindest eines solchen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linkers in einen solchen kontrahierten, konformativen Zustand ermöglicht.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 47, wobei das erste, allgemeine, komplementäre Niveau des Aktivierungssignals das Zurückkehren zumindest eines solchen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linkers in einen solchen kontrahierten, konformativen Zustand ermöglicht, und wobei ein zweites, allgemeines, komplementäres Niveau des Aktivierungssignals zwecks physikochemischer Modifizierung des Atom-Axialliganden-Paares mittels einer zweiten Richtung eines reversiblen, physikochemischen Mechanismus, der mit der Wirkweise eines solchen Aktivierungsmechanismus übereinstimmt, an zumindest ein solches im Vorhinein festgelegtes Atom-Axialliganden-Paar gesandt wird, wobei ein solcher federartiger, elastischer, reversibler Übergang von einem solchen expandierten, linearen, konformativen Zustand in einen solchen kontrahierten, linearen, konformativen Zustand zumindest eines solchen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linkers aktiviert wird.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 47, wobei jedes, allgemeine, komplementäre Niveau des Aktivierungssignals zumindest ein spezifisches Unterniveau mit Magnitude, Intensität, Amplitude oder Stärke aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 47, wobei die Betriebsparameter des Aktivierungsmechanismus ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus: (1) Magnitude, Intensität, Amplitude oder Stärke, (2) Frequenz, (3) Zeit oder Dauer, (4) Wiederholungsrate oder Periodizität und (5) Schaltrate dieses allgemeinen, komplementären Niveaus des Aktivierungssignals, das an zumindest ein solches im Vorhinein festgelegtes Atom-Axialliganden-Paar gesandt wird.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Aktivierungsmechanismus eine Art Mechanismus ist, der ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus elektromagnetischen Mechanismen, die elektromagnetische Arten eines solchen Aktivierungssignals senden, elektrischen/elektronischen Mechanismen, die elektrische/elektronische Arten eines solchen Aktivierungssignals senden, chemischen Mechanismen, die chemische Arten eines solchen Aktivierungssignals senden, elektrochemischen Mechanismen, die elektrochemische Arten eines solchen Aktivierungssignals senden, magnetischen Mechanismen, die magnetische Arten eines solchen Aktivierungssignals senden, akustischen Mechanismen, die akustische Arten eines solchen Aktivierungssignals senden, photoakustischen Mechanismen, die photoakustische Arten eines solchen Aktivierungssignals senden und Kombinationen davon, die kombinierte Arten eines solchen Aktivierungssignals senden.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Aktivierungsmechanismus ein Aktivierungsmechanismus elektrochemischer Art ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivierungsmechanismen auf Basis von Laserstrahl, Laserstrahlarten eines solchen Aktivierungssignals senden, Aktivierungsmechanismen auf Basis von Maserstrahlen, die Arten von Maserstrahlen eines solchen Aktivierungssignals senden, und Kombinationen davon.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Aktivierungsmechanismus ein Aktivierungsmechanismus elektrischer/elektronischer Art ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivierungsmechanismen auf Basis von elektrischem Strom, die solche Aktivierungssignale in Form von elektrischem Strom senden, Aktivierungsmechanismen auf Basis von Vorspannung, die solche Aktivierungssignale in Form von Vorspannung senden, und Kombinationen davon.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Aktivierungsmechanismus ein Aktivierungsmechanismus chemischer Art ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivierungsmechanismen auf Basis von Protonierung-Deprotonierung, die solche Aktivierungssignale in Form von Protonierung-Deprotonierung senden, Aktivierungsmechanismen auf Basis von pH-Änderung, die solche Aktivierungssignale in Form von pH-Änderungen senden, Aktivierungsmechanismen auf Basis von Konzentrationsänderung, die solche Aktivierungssignale in Form von Konzentrationsänderungen senden, und Kombinationen davon.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Aktivierungsmechanismus ein Aktivierungsmechanismus elektrochemischer Art auf Basis von Reduktion/Oxidation ist, der ein solches Aktivierungssignal in Form von Reduktion/Oxidation erzeugt und sendet.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei spezifische Art- und Betriebsparameter des Aktivierungsmechanismus gemäß physikochemischer Arten und Strukturen der Komponenten der synthetischen molekularen Anordnung ausgewählt werden.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Aktivierungsmechanismus ein Aktivierungsmechanismus elektromagnetischer Art auf Basis von Laserstrahl ist, der zwecks der physikochemischen Modifizierung zumindest eines solchen im Vorhinein festgelegten Atom-Axialliganden-Paares einer solchen synthetischen, molekularen Anordnung eine elektromagnetische Art eines solchen Aktivierungssignals als einen Laserlichtstrahl mit einer Wellenlänge in einem Bereich von zwischen ungefähr 350 nm und ungefähr 900 nm sendet.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 58, wobei der Laserstrahl bei einer Wiederholungsrate in einem Bereich zwischen Hz-Größenordnung und MHz-Größenordnung wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 58, wobei der Laserstrahl bei einer Wiederholungsrate von 40 MHz wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Aktivierungsmechanismus ein Aktivierungsmechanismus elektrochemischer Art auf Basis von Reduktion/Oxidation ist, der zwecks der physikochemischen Modifizierung zumindest eines solchen im Vorhinein festgelegten Atom-Axialliganden-Paares einer solchen synthetischen, molekularen Anordnung ein solches Aktivierungssignal in Form von elektrochemischer Reduktion als ein Reduktionspotential in einem Bereich von ungefähr –1,0 V bis ungefähr –2,5 V versus gesättigter, Calomel-Referenzelektrode und ein solches Aktivierungssignal in Form von elektrochemischer Oxidation als ein Oxidationspotential in einem Bereich von ungefähr +0,5 V bis ungefähr +1,3 V versus der gesättigten Calomel-Referenzelektrode sendet.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Aktivierungsmechanismus ein Aktivierungsmechanismus chemischer Art auf Basis von Protonierung und Deprotonierung ist, der zwecks der physikochemischen Modifizierung zumindest eines solchen im Vorhinein festgelegten Atom-Axialliganden-Paares einer solchen synthetischen, molekularen Anordnung ein solches Aktivierungssignal in Form von chemischer Protonierung als eine saure Lösung von Acetonitril und eine verdünnte, wässerige Lösung von HCl/saure Acetonitrillösung und ein solches Aktivierungssignal in Form von chemischer Deprotonierung als eine basische Lösung von Acetonitril und verdünnte NaOH sendet.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche chemische Einheit oder ein solches chemische Modul der synthetischen, molekularen Anordnung zusätzlich folgendes einschließt: (v) zumindest ein chemisches Bindeglied zwecks chemischer Verbindung der Komponenten der synthetischen, molekularen Anordnung untereinander.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 63, wobei ein solches chemisches Bindeglied in Bezug auf eine weitere solche Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung zwecks Bereitstellung zusätzlicher, struktureller Einschränkung wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 63, wobei ein solches chemisches Bindeglied eine chemische Einheit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Atomen und Molekülen ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche chemische Einheit oder ein solches chemisches Modul einer solchen synthetischen, molekularen Anordnung zusätzlich folgendes einschließt: (vi) zumindest eine Bindungsstelle, die zwecks potentiellen Bindens jeder solchen Position der synthetischen, molekularen Anordnung an eine externe Einheit jeweils an einer im Vorhinein festgelegten Position einer weiteren solchen Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung vorhanden ist.
Die Vorrichtung gemäß 66, wobei eine solche Bindungsstelle zwecks Bereitstellung von Konnektivität und kontrollierter Modularität in einer vergrößerten Anordnung einer polymolekularen Form der synthetischen, molekularen Anordnung, die eine Vielzahl der chemischen Einheiten oder Module aufweist, die durch eine Vielzahl der Bindungsstellen chemisch aneinander gebunden oder chemisch miteinander verbunden sind, wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 66, wobei eine solche Bindungsstelle zwecks Bereitstellung von Erkennungsstellen an die synthetische, molekulare Anordnung wirkt.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 66, wobei eine solche Bindungsstelle zwecks Bereitstellung von Erkennungsstellen an die synthetische, molekulare Anordnung wirkt, wobei die Bindungsstelle zumindest einen Rezeptor, der von zumindest einem spezifischen Antikörper erkannt werden soll, aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 66, wobei eine solche Bindungsstelle eine chemische Einheit ist, die mittels zumindest einer chemischer Bindung von unterschiedlichem Grad oder Ausmaß von Kovalenz, Koordination oder Ionenstärke an zumindest eine weitere solche Komponente der synthetischen, molekularen Anordnung gebunden ist, und eine variable, geometrische Konfiguration oder Form mit variablen Dimensionen und Flexibilität aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 66, wobei eine solche Bindungsstelle eine chemische Einheit ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Atomen, Molekülen, zwischenliegenden Spacer-Armen, brückenbildenden Gruppen, Trägermolekülen und Kombinationen davon.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine solche synthetische, molekulare Anordnung eine vergrößerte, synthetische, molekulare Anordnung ist, die durch Anordnen und Verbinden einer Vielzahl von zumindest zwei solcher chemischer Einheiten oder Module einer einzigen solchen synthetischen, molekularen Anordnung gebildet wird, wobei jede/jedes der chemischen Einheiten oder Module der vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung die Komponenten einschließt und Funktionalität einer einzelnen solchen chemischen Einheit oder eines einzelnen solchen chemischen Moduls aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 72, wobei die vergrößerte, synthetische, molekulare Anordnung von variabler, geometrischer Konfiguration oder Form der Vielzahl der chemischen Einheiten oder Module ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer eindimensionalen Anordnung, einer zweidimensionalen Anordnung, einer dreidimensionalen Anordnung und Kombinationen davon, und variable Dimensionen und Flexibilität aufweist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 72, wobei jede solche chemische Einheit oder jedes solches chemisches Modul zusätzlich zu der Tatsache, dass sie/es funktioneller und struktureller Teil der vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung ist, individuelle Funktionalität und Struktur beibehält.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 72, wobei funktionelle und strukturelle Charakteristika bezüglich der federartigen, elastischen, reversiblen Funktion, Struktur und des federartigen, elastischen, reversiblen Verhaltens einer solchen einzelnen chemischen Einheit oder eines solchen einzelnen chemischen Moduls gemäß der Anzahl und geometrischen Konfiguration oder Form der Vielzahl der chemischen Einheiten oder Module der vergrößerten, synthetischen, molekularen Anordnung in einer Art und Weise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wirksam lineare vergrößerbare Art und Weise und synergistisch vergrößerbare Art und Weise vergrößert werden können.
Die synthetische, molekulare Federvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die synthetische, molekulare Anordnung (SMA) eine solche chemische Einheit oder ein solches chemisches Modul aufweist, einschließlich: (i) zwei solche Atome (M, M'); (ii) zwei solche komplexbildenden Gruppen (CG; CG'), die jeweils mit einem entsprechenden solchen Atom (jeweils M, M') komplexiert sind; (iii) einen zweizähnigen, Axialliganden, der eine Art des mittels entsprechender Atom-Axialliganden-Paare (12, 14) reversibel physikochemisch mit jedem der zwei Atome (M, M') gepaarten Axialliganden (AL) ist; (iv) einen ersten, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker (ML), der einen Körper (16) und zwei Enden (18, 20), die jeweils chemisch an eine einzelne entsprechende solche komplexbildende Gruppe (jeweils CG, CG') gebunden sind, aufweist und einen zweiten, im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker (ML'), der einen Körper (22) und zwei Enden (24, 26), die jeweils chemisch an eine einzelne entsprechende solche komplexbildende Gruppe (jeweils CG, CG') gebunden sind, aufweist; und wobei der Aktivierungsmechanismus wirksam auf zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare gerichtet ist, wobei auf den Aktivierungsmechanismus, der zwecks Modifizierung zumindest eines der zwei Atom-Axialliganden-Paare das Aktivierungssignal an zumindest eines dieser zwei Atom-Axialliganden-Paare sendet, die Aktivierung zumindest eines Zyklus federartiger, elastischer, reversibler Übergänge zwischen einem solchen kontrahierten, linearen, konformativen Zustand und einem expandierten, linearen, konformativen Zustand oder zwischen dem expandierten und dem kontrahierten linearen, konformativen Zustand zumindest eines solchen im Wesentlichen elastischen, molekularen Linker folgt.