Podvodno vozilo sačinjeno od 244 atoma čini iznenađujuće brzu vožnju

Ova nano-podmornica sastoji se od samo 244 atoma i pokreće je UV svjetlošću. © Loïc Samuel / Sveučilište Rice

čitati naglas

Milijun okretaja u minuti: Prvi put su američki istraživači dizajnirali nano-podmornicu koja se može kretati kroz tekućine zapanjujuće velikim brzinama. Voženo molekularnim propelerima vozilo doseže tempo od dva centimetra u sekundi. Energiju za to osigurava UV svjetlost. Molekularna konstrukcija s 244 atoma još uvijek ne može prevoziti teret, ali prototip dokazuje da su te nano-podmornice "pomorske", kako navode istraživači u časopisu "Nano Letters".

Strojevi na molekularnoj skali cvjetaju: posljednjih godina istraživači su već dizajnirali najbrži nanorotor na svijetu, razvili najmanji jedno-molekularni elektromotor i molekularni nano-automobil. Mnogi od tih nanomašina sastoje se od izuzetno minijaturiziranih metalnih komponenti, dok su druge sastavljene od organskih molekula.

Podmornica od 244 atoma

Victor Garcia-Lopez sa Sveučilišta Rice i njegovi kolege sada su dodali novi zaokret u nanomachine spektru: nanocrnu podmornicu. Minivan veličine je manje od deset nanometara i sastoji se od kompozita organskih molekularnih blokova povezanih zajedno u grubo dvokrilnom obliku.

Ovo je kemijska struktura podmornice Nano © Victor García-López / Rice University

Na prednjem kraju konstrukta, koji ima ukupno 244 atoma, dio je molekule koja svijetli crvenom prilikom ozračivanja laserskom svjetlošću - omogućujući istraživačima da prate gibanje svoje nanopodmornice u tekućini. "To je bio jedan od izazova dizajna: opremanje motora rasvjetnim jedinicama bez ometanja brzog okretanja rotora", objašnjava Garcia-Lopez.

Milion okretaja u minuti

Nano-podmornica pokreće nekoliko molekulskih repova poput repa. Kad se ovi miniroti osvijetle UV svjetlom, dvostruka veza koja se pričvršćuje na ostatak motora pretvara se u jednu vezu, rotirajući rotor za 90 stupnjeva. Ali zato što se motor sada pokušava vratiti u energetski povoljnije stanje, vezivanje se sada mijenja u susjedni atom i propeler se nastavlja okretati. Sada je opet dvostruka veza koja se može riješiti i cijela stvar počinje ispočetka. prikaz

Uostalom, rotor nano-podmornice postiže više od milijun okretaja u minuti zahvaljujući ovom kemijskom triku. Sa svakim zaokretom, sićušni propeleri guraju vodstvo naprijed za 18 nanometara. Uostalom, podmornica dostiže tempo od oko dva centimetra u sekundi svake sekunde. "To ih čini najbržim molekulama ikad viđenim u rješenju", kaže koautor James Tour sa sveučilišta Rice.

Ova mini bočica sadrži milijune nanopodmornica Jeff Fitlow / Sveučilište Rice

Debljina gromoglasnih prepreka

Postizanje takvog nano-razmjera tempo je sve samo ne jednostavno. Budući da se mini podmornica mora boriti kroz gustu molekulu u tekućini, koja je gotovo jednaka onoj kojoj je i sama. Te molekule su suviše obilne Ne stojite mirno, već se kaotično krećite naprijed-nazad kroz Brownovo kretanje. "To je poput tipa koji hoda preko košarkaškog terena i baca mu košarku tisuću puta", kaže Tour.

Nano-podmornica još uvijek ne može preuzeti teret, ona služi samo za demonstraciju vožnje. Međutim, istraživači se nadaju da će buduće varijante njihova puta moći prevoziti ljekovita sredstva i druge molekule. "Ovo je samo prvi korak, dokazali smo funkcioniranje koncepta", kaže Garcia-Lopez. "Sada moramo istražiti potencijalne aplikacije." (Nano Letters, 2015; doi: 10.1021 / acs.nanolett.5b03764)

(Sveučilište Rice, 17.11.2015. - NPO)