Американцы разработали самые быстрые "наносубмарины"

Скорость машин составляет два сантиметра в секунду 17 Ноябрь 2015, 10:51
Ученым из университетов Райса и штата Северной Каролины удалось сконструировать одномолекулярную машину, оснащенную двигателем на ультрафиолетовом ходу. Хвост большой органической молекулы, напоминающий винт, перемещает субмарину вперед на 9 нанометров после каждого движения.
Химики синтезировали четыре вещества: молекулу без ротора, молекулу с быстрым ротором, вращение которого ограничено одним направлением, молекулу без ограничения и молекулу с медленным ротором.
Строения молекулярных машин. Красным цветом выделен ротор, синим статор, а черным - флуоресцентная метка
В итоге американские исследователи при помощи конфокальной флуоресцентной корреляционной микроскопии одиночных молекул смогли подробно изучить динамику движения машин, а также вычислить коэффициент диффузии молекул в жидкости, а из него определить скорость передвижения машин.
Лучше всех справилась машина с быстрым ограниченным ротором: коэффициент диффузии для этих молекул под действием ультрафиолета составляет 1,26 от коэффициента диффузии без света. Таким образом, ученые выяснили, что при облучении молекул ультрафиолетом они начинают двигаться со скоростью, превышающей скорость Броуновского движения.
И хотя скорость "наносубмарины" составляет всего лишь два сантиметра в секунду, такой результат поразил исследователей, ведь для нанобъектов это необыкновенный результат. Ученые утверждают, что их молекулы являются самыми быстрыми из тех, что могут передвигаться в растворе.
Synthesis, Actuation, and Monitoring
Молекулярный мотор работает в четыре «такта»: при облучении ультрафиолетовым светом двойная связь, ограничивающая движение ротора, разрывается, ротор проворачивается на четверть оборота, затем стремясь к более выгодному стерическому (пространственному) состоянию проворачивается еще на четверть оборота. Процесс повторяется до тех пор, пока молекулу облучают светом.
Исследователи надеются в будущем перемещать с помощью "наносубмарин" грузы в медицинских и других целях.