Ученые из университета Райса сконструировали первую автономную мобильную наносистему - молекулярную машину, которая ездит по атомам золотой подложки с помощью световой энергии. Правда, у молекулярного автомобиля пока что нет заднего хода и рулевого управления.
Ученые прикрепили к ранее созданному молекулярному наноавтомобилю мотор-лопасти из молекулы р-карборана. Ранее эта же команда ученых создала наименьшую в мире движущуюся наномашину, которая ездит как настоящие легковые машины. До сих пор ученым не удавалось сделать что-то сложнее простого актуатора или сенсора.
Каркас, или <рама машины>, представляет собой большую молекулу-наносистему, состоящую из трехсот атомов. Она похожа на настоящий автомобиль только наличием четырех <колес> и способом передвижения. В качестве колес наносистеме служат фуллерены (молекулы С60), связанные химическими связями с <каркасом> машины. Ширина рамы наноавтомобиля - 4 нанометра - чуть больше, чем толщина ДНК. Помимо рамы, имеются аналоги осей, к которым и присоединены химическими связями колеса-фуллерены.
Ученые и раньше создавали структуры нанометрового масштаба, напоминающие внешне автомобили, однако лишь теперь молекулярная конструкция сначала действительно катилась (именно катилась, а не скользила) по поверхности так же, как катятся на колёсах автомобили.
Первоначально ученые придумали оригинальный метод приведения в движение наномашины: они нагрели ее до 200 градусов Цельсия, что вызвало вращение фуллеренов на химических связях, соединяющих их с <рамой машины>. От вращения четырех молекул наносистема пришла в движение и смогла катиться по плоской золотой поверхности. Однако такой метод не позволял осуществлять управление каждой из микромашин в отдельности, что необходимо при организации молекулярных конвейеров и транспортных линий, осуществляющих перемещение промежуточных продуктов в нанофабриках будущего.
Чтобы поставить на каждую машину индивидуальный <мотор>, питающийся световой энергией, потребовалось заменить фуллерены-колеса базовой рамы на молекулы карборанов, содержащие углерод, водород и бор. Такая альтернативная конструкция позволила ученым <навесить мотор>. Он представляет собой крестообразную лопасть, установленную в центре рамы, которая, вращаясь, отталкивает ее от субстрата (все той же золотой подложки). Похоже это на принцип действия древних колесных пароходов, однако, несмотря на архаичность принципа действия, он довольно эффективен в наноразмерном диапазоне.
<Лопастной нанодвигатель>, правда, нереверсивен - он может вращаться только в одну сторону, поэтому машинка будет ехать только вперед. Наномашины настолько малы (как упоминалось выше, их размер составляет 3-4 нанометра), что 20000 устройств можно поместить на торце человеческого волоса.
Руководил исследовательской группой профессор из Райса Джеймс Тур (James M. Tour). Детальное описание наномашины и исследование ее характеристик появилось впервые в выпуске Organic Letters от 13 апреля. Молекулярная конструкция ротора была разработана доктором Беном Ферингой (Ben L. Feringa) из нидерландского университета. Этот ученый долгое время работал с командой профессора Тура, поэтому исследователям удалось создать столь сложное устройство.
