Kunstmatige moleculaire machines zijn nog steeds onderwerp van voortdurend onderzoek en ontwikkeling, en ze hebben nog niet het stadium bereikt waarin ze voor praktische toepassingen kunnen worden gebruikt. Er moeten verschillende uitdagingen worden overwonnen voordat ze op grote schaal kunnen worden toegepast, inclusief het ontwerp, de synthese en de controle ervan.

Momenteel worden kunstmatige moleculaire machines voornamelijk gebruikt als onderzoeksinstrumenten om fundamentele principes en mechanismen in processen op moleculaire schaal te bestuderen. Er is echter een enorm potentieel voor toekomstig gebruik ervan op verschillende gebieden, zoals de geneeskunde, biotechnologie, materiaalkunde en informatica.

Hier zijn enkele van de belangrijkste mijlpalen die moeten worden bereikt voordat kunstmatige moleculaire machines voor ons kunnen gaan werken:

1. Moleculair ontwerp: Wetenschappers moeten moleculaire structuren ontwerpen die specifieke taken of functies op nanoschaal kunnen uitvoeren. Dit omvat het selecteren van de juiste moleculaire bouwstenen, het nauwkeurig rangschikken ervan en het incorporeren van functionele groepen die specifieke interacties mogelijk maken.

2. Synthese en assemblage: De synthese van kunstmatige moleculaire machines vereist nauwkeurige controle over de rangschikking en organisatie van atomen en moleculen. Dit is een aanzienlijke uitdaging vanwege de extreem kleine schaal en complexiteit van deze structuren.

3. Controle en integratie: Het beheersen van de beweging, werking en interacties van kunstmatige moleculaire machines is essentieel voor hun praktisch gebruik. Dit vereist het ontwikkelen van methoden om de afzonderlijke componenten binnen deze machines te manipuleren en coördineren.

4. Materiaalintegratie: Het integreren van kunstmatige moleculaire machines in functionele materialen of apparaten is noodzakelijk om hun potentiële toepassingen te benutten. Dit omvat het vinden van manieren om deze machines op nanoschaal te koppelen aan macroscopische systemen.

5. Opschalen: Het opschalen van de productie en assemblage van kunstmatige moleculaire machines naar grotere schaal zal cruciaal zijn voor hun wijdverbreide gebruik in praktische toepassingen.

6. Energiebarrières overwinnen: Moleculaire machines moeten vaak energiebarrières overwinnen om bepaalde taken uit te voeren. Het vinden van manieren om deze barrières te slechten of om externe energiebronnen aan te bieden zal belangrijk zijn voor de werking ervan.

7. Kosten en efficiëntie: Het ontwikkelen van kosteneffectieve en efficiënte methoden voor het synthetiseren en bedienen van kunstmatige moleculaire machines is noodzakelijk voor de praktische implementatie ervan.

8. Veiligheid en betrouwbaarheid: Het waarborgen van de veiligheid en betrouwbaarheid van kunstmatige moleculaire machines zal essentieel zijn voor het gebruik ervan in kritische toepassingen, met name in de gezondheidszorg en de biotechnologie.

Er is vooruitgang geboekt bij het aanpakken van deze uitdagingen, maar er is nog veel onderzoek en ontwikkeling nodig voordat kunstmatige moleculaire machines praktische hulpmiddelen voor verschillende toepassingen kunnen worden. Schattingen over wanneer ze voor ons aan de slag kunnen, kunnen variëren, afhankelijk van het vakgebied en de specifieke toepassing. Sommige onderzoekers zijn van mening dat het enkele jaren tot tientallen jaren kan duren voordat substantiële doorbraken leiden tot praktisch gebruik ervan op specifieke gebieden.