Wetenschappers aan de Rice University en aan de University of Graz, Oostenrijk, rijden op drie wielen, single-molecule "nanoroadsters" met licht en, Voor de eerste keer, zien hoe ze bewegen.

Het Rice-lab van nanocar-uitvinder en chemicus James Tour synthetiseerde zes jaar geleden door licht aangedreven nanocars, maar met de hulp van experimentele natuurkundigen in Oostenrijk, ze kunnen nu vloten van voertuigen met één molecuul tegelijk besturen.

Een rapport over het werk verschijnt in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

"Het is opwindend om te zien dat gemotoriseerde nanoroadsters kunnen worden voortgestuwd door hun door licht geactiveerde motoren, " zei Toer, die in 2005 nanocars introduceerde en een jaar later motoriseerde. "Deze driewielers zijn het eerste voorbeeld van door licht aangedreven nanovoertuigen die op welke manier dan ook over een oppervlak voortbewegen, laat staan ​​door scanning tunneling microscopie."

In plaats van ze chemisch aan te drijven of met de punt van een tunnelmicroscoop, zoals ze zullen doen met andere voertuigen in de komende internationale NanoCar Race in Toulouse, Frankrijk, de onderzoekers gebruikten licht op specifieke golflengten om hun nanoroadsters langs een koperen oppervlak te bewegen. De voertuigen hebben moleculaire motoren op het achterwiel die in één richting draaien wanneer er licht op valt. De rotatie stuwt het voertuig voort als een schoepenrad op het water.

Het team onder leiding van Tour en Leonhard Grill, een professor aan de Universiteit van Graz en voorheen aan het Fritz-Haber-Instituut, Berlijn, gebruikte golflengtegevoelige gemodificeerde motoren uitgevonden door de Nederlandse wetenschapper Bernard Feringa, die dit jaar de Nobelprijs voor scheikunde deelde voor zijn moleculaire machine.

Afstandsbediening is de sleutel tot de handige vaardigheden van de auto's. "Als we de auto moeten 'bekabelen' aan een stroombron, als een elektronenstraal, we zouden veel van de functionaliteit van de auto's verliezen, "Zei Tour. "Door ze met licht van stroom te voorzien, kunnen ze overal naartoe worden gereden waar je een licht kunt schijnen - en uiteindelijk hopen we dat ze vracht zullen vervoeren."

Een ander voordeel is de mogelijkheid om vloten van nanocars tegelijk te activeren. "Dit is precies wat we zoeken - een licht gebruiken om motoren te activeren en zwermen nanovoertuigen over het oppervlak te laten bewegen, richting gemaakt door elektrische veldgradiënten, " zei Tour. "Dit zou ons het toekomstperspectief bieden om nanomachines zoals mieren te gebruiken die collectief werken om constructie uit te voeren."

Door de afstandsbediening met licht te roosteren, is er geen lokale sonde nodig die de moleculen één voor één zou moeten adresseren. "Aanvullend, er zijn geen 'brandstof'-moleculen nodig die het oppervlak zouden vervuilen en de diffusie-eigenschappen zouden wijzigen, " hij zei.

Tour heeft gemodificeerde Feringa's motoren gebruikt om de nanosubmersibles van zijn lab van stroom te voorzien. In dit geval, de motor is het achterwiel. Hij zei dat de driewielige configuratie het gebruik ervan vereenvoudigt, omdat grotere nanocars moeilijker op een afbeeldingsoppervlak te plaatsen zijn en vaak worden gedissocieerd tijdens depositie onder vacuüm. volgens Grill.

Experimenten door hoofdauteur Alex Saywell van de Grill-groep op nanoroadsters gemaakt bij Rice toonden aan dat er behoefte is aan een fijne balans tussen licht en temperatuur om "verbeterde diffusie" van de moleculen in een vacuüm mogelijk te maken.

Grill zei dat het gebruik van licht om nanomachines aan te drijven een fundamenteel voordeel biedt:het vermogen om selectief beweging te induceren vanwege de gevoeligheid van de motoren voor golflengte. Ultraviolet licht van 266 nanometer verdubbelde de beweging van de roadsters in vergelijking met "controle" roadster-moleculen zonder motoren. Bij 355 nanometer, het verdrievoudigde.

de roadsters, gemaakt van 112 atomen, bereikte een topsnelheid van 23 nanometer per uur.

Een oppervlakte-activeringstemperatuur van 161 kelvin (min 170 graden Fahrenheit) bleek het beste voor rijomstandigheden. Als de temperatuur te laag is, de roadsters zouden aan het oppervlak blijven plakken; te warm en ze zouden willekeurig diffunderen zonder hulp van de motor.

"We waren verrast door de zeer duidelijke correlatie van de verbeterde beweging met de aanwezigheid van de motor, de behoefte aan zowel warmte als licht om deze beweging te activeren - in perfecte overeenstemming met het concept van de Feringa-motor - en de golflengtegevoeligheid die goed past bij onze verwachtingen van spectroscopie in oplossing, ' zei Grill.