(PhysOrg.com) -- Bij de ontwikkeling van toekomstige moleculaire apparaten, nieuwe weergavetechnologieën, en "kunstmatige spieren" in nano-elektromechanische apparaten, functionele moleculen zullen waarschijnlijk een primaire rol spelen.

Rotaxanen, een familie van dergelijke moleculen, zijn klein, mechanisch in elkaar grijpende structuren die bestaan ​​uit een dumbell-vormig molecuul waarvan het staafgedeelte is omgeven door een ring. Deze structuren gedragen zich als moleculaire "machines, " waarbij de ring langs de staaf van het ene station naar het andere beweegt wanneer gestimuleerd door een chemische reactie, licht of zuur.

Om het potentieel van deze moleculaire machines te realiseren, echter, het is noodzakelijk om hun functie op nanoschaal te begrijpen en te meten. Eerdere methoden voor het observeren van hun werking omvatten chemische metingen in oplossing en het bestuderen van verzamelingen ervan die aan oppervlakken zijn bevestigd, maar geen van beide heeft een nauwkeurig beeld gegeven van hun functie in omgevingen die relevant zijn voor de werking van moleculaire apparaten.

Nutsvoorzieningen, een multidisciplinair team van onderzoekers van UCLA, Noordwestelijke Universiteit, UC Merced, Pennsylvania State University en Japan zijn erin geslaagd om interacties met één molecuul te observeren van bistabiele rotaxanen die in hun oorspronkelijke omgeving functioneren.

De bevindingen van het team zijn gepubliceerd in de huidige editie van het tijdschrift ACS Nano .

Onder leiding van Paul Weiss van UCLA en Fraser Stoddart van Northwestern University, het team ontwikkelde een moleculair ontwerp dat rotaxanen stevig aan een oppervlak bevestigde, waardoor ze individueel kunnen worden onderzocht in hun oorspronkelijke omgeving door een scanning tunneling microscope (STM). Met behulp van deze technologie, de onderzoekers konden stationsveranderingen registreren door de ringen van de rotaxanen langs hun staven als reactie op elektrochemische signalen.

Eerder, rotaxanen moesten worden gegroepeerd voor studie vanwege hun mobiliteit en flexibiliteit bij bevestiging aan oppervlakken. En omdat STM-instrumenten een atomair dunne punt gebruiken om oppervlakken op nanoschaal af te tasten - net zoals een blinde braille leest - maakte het flexibele karakter van de rotaxanen het moeilijk om ze afzonderlijk te bestuderen. Het moleculaire ontwerp van het onderzoeksteam, echter, heeft deze flexibiliteit aanzienlijk verminderd.

De door het team ontwikkelde STM maakt veel gedetailleerdere studies van moleculaire machines mogelijk, wat leidt tot een beter begrip van hoe ze omgaan met hun buren en hoe ze kunnen samenwerken in nano-elektromechanische apparaten.