'S Werelds kortste race op afstand - een fractie van de breedte van een mensenhaar - werd gereden op gouden en zilveren sporen, en duurde maar liefst 30 uur. Aangezien de voertuigen onzichtbaar waren voor het blote oog, je typische racefan heeft het misschien gemist. Maar de "nanorace" van april was een enorm succes voor wetenschappers die op nanoschaal werken. Het wakkerde de interesse in moleculaire machines aan en leidde tot een verrassende nieuwe ontdekking, meldt het team dat een 'monstertruck' van nanoformaat betraden.

De onderzoekers presenteren hun nanocar-onderzoek vandaag op de 254e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS). ACS, 's werelds grootste wetenschappelijke vereniging, houdt de vergadering hier tot en met donderdag. Het beschikt over bijna 9, 400 presentaties over een breed scala aan wetenschappelijke onderwerpen.

"Het overkoepelende doel was om reclame te maken voor nanowetenschap bij het publiek, "Eric Masson, doctoraat, zegt. "Toen was er de technische uitdaging om meerdere nanocars tegelijkertijd te manipuleren met behulp van een scanning tunneling-microscoop, of STM, instrument. Aanvullend, elk team had zijn eigen doel. Het onze was om te zien of we een intact supramoleculaire assemblage op een oppervlak konden deponeren, en zijn beweging beheersen."

Masson en Saw-Wai Hla, doctoraat, leidde het team van de Ohio University. Ze ontwierpen en bouwden de grootste auto met een lengte van ongeveer 3,5 nanometer. Officieel de Bobcat Nanowagon genoemd, het had een pseudorotaxaan H-vormig frame met vier relatief grote cucurbituril-moleculen als wielen. Vanwege de grootte, het werd ironisch genoeg een monstertruck genoemd. Maar in tegenstelling tot normale voertuigen, het had geen motor. Dus om de nanocar te verplaatsen, de onderzoekers gebruikten het STM-instrument in het lab van Hla.

"We hebben positieve ladingsreceptoren in de auto ingebouwd, "zegt Hla. "Dus als we een positieve lading injecteren in de STM-tip die naar de auto is gericht, er zou afstoting zijn, en de auto zou bewegen. We vonden dat het heel goed werkte."

De competitie, aangekondigd als de allereerste nanocar-race, werd op 28 april gehouden in het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek (CNRS) in Toulouse. Zes teams uit drie continenten namen deel aan hun racers ter grootte van een molecuul. Maar omdat het STM-instrument in Toulouse slechts vier tips had die elk slechts één nanocar konden besturen, het Ohio-team hield hun nanoagon in het laboratorium van Hla, maar 'reed' het op afstand van CNRS.

"Ik heb begrepen dat dit een eerste, "zegt Hla. "We hebben de auto op atomaire schaal gemanipuleerd vanaf een halve wereldbol."

De nanowagon van Hla en Masson reisde 43 nanometer op de gouden baan voordat hij vast kwam te zitten vanwege een bijzonder ruw deel van de baan en een stroomstoot in het Midwesten. Hoewel het de cursus niet afmaakte, het ging verder dan drie andere deelnemers, het verdienen van het team een ​​derde plaats laten zien.

Masson en Hla zeggen dat het team uit Ohio iets intrigerends heeft ontdekt als resultaat van de race. Ze hadden de nanoagon in elkaar gezet door de chassismoleculen in water op te hangen, de wielmoleculen toevoegen en vervolgens het water verdampen. Ongeveer 70 procent van de resulterende structuren leek op tweewielige hoverboards, een paar hadden drie wielen, en ongeveer 10 procent had alle vier de wielen. Ze waren verrast toen ze ontdekten dat maar heel weinig wielen nergens op waren aangesloten.

"Dat betekent dat het gemakkelijker was om het chassis te breken, een covalente binding, dan om de niet-covalente bindingen tussen het chassis en de wielen te verbreken, " zegt Masson. "Dat is volledig contra-intuïtief omdat een niet-covalente binding doorgaans veel zwakker is dan een covalente binding. Het is een theoretische curiositeit."

Hoe deze informatie in de toekomst uiteindelijk van toepassing kan zijn op moleculaire machines, blijft onbekend, hoewel veel wetenschappers zich voorstellen dat kleine voertuigen zoals deze kunnen worden gebruikt in elektronica en gegevensopslag. Masson en Hla benadrukken allebei dat het werk nog in de kinderschoenen staat. Voordat er aanvragen komen, wetenschappers moeten begrijpen hoe moleculen zich op atomaire schaal gedragen.

"Onze opwinding gaat echt over de fundamentele wetenschap, "zegt Hla. "Dit is nog maar het begin."