Hoewel ze nog niet helemaal klaar zijn om aan boord te gaan van een "Fantastic Voyage", "Onderzeeërs op nanoschaal die zijn gemaakt aan de Rice University bewijzen dat ze zeewaardig zijn.

Elk van de enkelvoudige moleculen, Onderzeeërs met 244-atomen gebouwd in het Rice-lab van scheikundige James Tour hebben een motor die wordt aangedreven door ultraviolet licht. Met elke volledige omwenteling, de staartachtige propeller van de motor beweegt de sub 18 nanometer naar voren.

En met de motoren die draaien op meer dan een miljoen tpm, dat vertaalt zich in snelheid. Hoewel de topsnelheid van de sub minder dan 1 inch per seconde bedraagt, Tour zei dat dat een razend tempo is op moleculaire schaal.

"Dit zijn de snelst bewegende moleculen die ooit in oplossing zijn gezien, " hij zei.

Op een andere manier uitgedrukt, rapporteerden de onderzoekers deze maand in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters dat hun door licht aangedreven nanosubmersibles een "verbetering in diffusie" van 26 procent vertonen. Dat betekent dat de subs diffuus zijn, of verspreid, veel sneller dan ze al doen vanwege de Brownse beweging, de willekeurige manier waarop deeltjes zich in een oplossing verspreiden.

Hoewel ze nog niet kunnen worden bestuurd, de studie bewijst dat moleculaire motoren krachtig genoeg zijn om subs van minder dan 10 nanometer door oplossingen van bewegende moleculen van ongeveer dezelfde grootte te sturen.

"Dit is vergelijkbaar met een persoon die over een basketbalveld loopt met 1, 000 mensen gooien basketballen naar hem, ' zei Tour.

De groep van Tour heeft ruime ervaring met moleculaire machines. Een decennium geleden, zijn lab liet de wereld kennismaken met nanocars, auto's met één molecuul met vier wielen, assen en onafhankelijke ophangingen die over een oppervlak kunnen worden "aangedreven".

Tour zei dat veel wetenschappers in de loop der jaren microscopische machines met motoren hebben gemaakt, maar de meeste hebben giftige chemicaliën gebruikt of gegenereerd. Hij zei dat een motor die in het afgelopen decennium door een groep in Nederland is bedacht, geschikt bleek te zijn voor de duikboten van Rice. die werden geproduceerd in een 20-staps chemische synthese.

"Deze motoren zijn bekend en worden voor verschillende dingen gebruikt, "Zei hoofdauteur en afgestudeerde Rice-student Victor García-López. "Maar we waren de eersten die voorstelden dat ze kunnen worden gebruikt om nanocars en nu duikboten voort te stuwen."

de motoren, die meer werken als een flagellum van een bacterie dan als een propeller, voltooi elke omwenteling in vier stappen. Wanneer opgewonden door licht, de dubbele binding die de rotor aan het lichaam houdt, wordt een enkele binding, waardoor het een kwart stap kan draaien. Terwijl de motor probeert terug te keren naar een lagere energietoestand, het springt nog een kwartslag over aangrenzende atomen. Het proces herhaalt zich zolang het lampje brandt.

Voor vergelijkende tests, het lab maakte ook duikboten zonder motoren, langzame motoren en motoren die heen en weer peddelen. Alle versies van de onderwaterboten hebben pontons die rood fluoresceren wanneer ze worden aangeslagen door een laser, volgens de onderzoekers. (Geel, helaas, was geen optie.)

"Een van de uitdagingen was het bewapenen van de motoren met de juiste fluoroforen voor tracking zonder de snelle rotatie te veranderen, ' zei García-López.

Eenmaal gebouwd, het team wendde zich tot Gufeng Wang van de North Carolina State University om te meten hoe goed de nanosubs bewogen.

"We hadden scanning tunneling microscopie en fluorescentiemicroscopie gebruikt om onze auto's te zien rijden, maar dat zou niet werken voor de duikboten, "Zei Tour. "Ze zouden vrij snel onscherp worden."

Het team van North Carolina stopte een druppel verdunde acetonitrilvloeistof met een paar nanosubs tussen twee glaasjes en gebruikte een aangepaste confocale fluorescentiemicroscoop om het van tegenovergestelde kanten te raken met zowel ultraviolet licht (voor de motor) als een rode laser (voor de pontons).

De laser van de microscoop definieerde een lichtkolom in de oplossing waarbinnen tracking plaatsvond, García-López zei. "Op die manier, the NC State team could guarantee it was analyzing only one molecule at a time, " hij zei.

Rice's researchers hope future nanosubs will be able to carry cargoes for medical and other purposes. "There's a path forward, " García-López said. "This is the first step, and we've proven the concept. Now we need to explore opportunities and potential applications."