Хіміки сконструювали найшвидші «наносубмарини»

Американські хіміки з університетів Райса і штату Північної Кароліни створили одномолекулярну машину, яка плаває в розчині на ультрафіолетовому «приводі». Машина являє собою велику органічну молекулу з рухомою частиною, що є деяким аналогом гвинта, кожен рух якого переміщує молекулу приблизно на дев'ять нанометрів. Результати своєї роботи вчені опублікували в.

Дослідники синтезували чотири різні речовини: молекулу без ротора, молекулу зі швидким ротором, обертання якого обмежене одним напрямком, молекулу без обмеження і молекулу з повільним ротором, структуру яких вони підтвердили за допомогою методу ядерного магнітного резонансу.

Динаміку руху машин вчені вивчали за допомогою конфокальної флуоресцентної кореляційної мікроскопії одиночних молекул. Застосовуваний метод дозволив дослідникам обчислити коефіцієнт дифузії молекул в рідині, а з нього визначити швидкість пересування машин. Найкращі результати показала машина зі швидким обмеженим ротором: коефіцієнт дифузії для цих молекул під дією ультрафіолету становить 1,26 від коефіцієнта дифузії без світла. Це означає, що при опроміненні молекул ультрафіолетом вони починають рухатися зі швидкістю, що перевищує швидкість Броунівського руху.

За п'ятсот наносекунд (час між «тактами» роботи мотора молекули) молекула переміщується приблизно на 17 нанометрів, в кінцевому підсумку швидкість пересування молекули становить близько двох сантиметрів на секунду. І хоча ця величина здається маленькою, для світу нанооб'єктів це неймовірно багато: за словами Джеймса Тура, одного з авторів цієї роботи, це найшвидші молекули, що пересуваються в розчині.

Молекулярний мотор працює в чотири «такти»: при опроміненні ультрафіолетовим світлом подвійний зв'язок, що обмежує рух ротора, розривається, ротор провертається на чверть обороту, потім прагнучи до більш вигідного стеричного (просторового) стану провертається ще на чверть обороту. Процес повторюється доти, доки молекулу опромінюють світлом.

Група Тура має великий досвід роботи з молекулярними машинами. Раніше вони представили органічний «нанодрагстер» з фуллереновими колесами, осями і незалежною підвіскою, який вмів «їздити» по поверхні.