Una imagen de microscopio de túnel de barrido muestra dos nanoroadsters de tres ruedas creados en la Universidad de Rice y probados en la Universidad de Graz. Los roadsters activados por luz, junto a sus modelos moleculares, alcanzó una velocidad máxima de 23 nanómetros por hora. Crédito:Alex Saywell / Leonhard Grill
Científicos de la Universidad de Rice y de la Universidad de Graz, Austria, están conduciendo tres ruedas, "nanoroadsters" de una sola molécula con luz y, por primera vez, viendo como se mueven.
El laboratorio Rice del inventor y químico de nanocoches James Tour sintetizó nanocoches impulsados por luz hace seis años, pero con la ayuda de físicos experimentales en Austria, ahora pueden conducir flotas de vehículos de una sola molécula a la vez.
Un informe sobre el trabajo aparece en la revista American Chemical Society. ACS Nano .
"Es emocionante ver que los nanoroadsters motorizados pueden ser propulsados por sus motores activados por luz, "dijo Tour, quien introdujo los nanocoches en 2005 y los motorizó un año después. "Estos vehículos de tres ruedas son el primer ejemplo de nanovehículos propulsados por luz que se observa que se impulsan a través de una superficie mediante cualquier método, y mucho menos mediante microscopía de túnel de barrido ".
En lugar de conducirlos químicamente o con la punta de un microscopio de efecto túnel, como lo harán con otros vehículos en la próxima carrera internacional de NanoCar en Toulouse, Francia, los investigadores utilizaron luz en longitudes de onda específicas para mover sus nanoroadsters a lo largo de una superficie de cobre. Los vehículos tienen motores moleculares en las ruedas traseras que giran en una dirección cuando la luz los golpea. La rotación impulsa el vehículo como una rueda de paletas en el agua.
Los modelos informáticos muestran dos formas posibles de la molécula única, Nanoroadster de tres ruedas creado por científicos de la Universidad Rice y la Universidad de Graz. El vehículo funciona con un motor ligero que le valió a su inventor un premio Nobel este año. Crédito:Alex Saywell / Leonhard Grill
El equipo dirigido por Tour y Leonhard Grill, profesor en la Universidad de Graz y anteriormente en el Fritz-Haber-Institute, Berlina, utilizó motores modificados sensibles a la longitud de onda inventados por el científico holandés Bernard Feringa, quien compartió el Premio Nobel de Química de este año por su máquina molecular.
El control remoto es clave para las habilidades útiles de los autos. "Si tenemos que 'conectar' el coche a una fuente de alimentación, como un haz de electrones, perderíamos gran parte de la funcionalidad de los coches, "Dijo Tour." Alimentarlos con luz los libera para ser conducidos donde sea que se pueda iluminar, y eventualmente esperamos que lleven carga ".
Otra ventaja es la capacidad de activar flotas de nanocoches a la vez. "Esto es precisamente lo que buscamos:usar una luz para activar motores y tener enjambres de nanovehículos moviéndose por la superficie, hecho direccional a través de gradientes de campo eléctrico, "Esto nos permitiría la perspectiva futura de usar nanomáquinas como hormigas que trabajan colectivamente para realizar la construcción", dijo Tour.
Grill dicho control remoto por luz elimina la necesidad de una sonda local que tendría que abordar las moléculas una a una. "Adicionalmente, no se requieren moléculas de 'combustible' que contaminen la superficie y modifiquen las propiedades de difusión, " él dijo.
Tour ha utilizado motores de Feringa modificados para alimentar los nano-sumergibles de su laboratorio. En este caso, el motor es la rueda trasera. Dijo que la configuración de tres ruedas simplifica su uso porque los nanocoches más grandes son más difíciles de colocar en una superficie de imagen y, a menudo, se disocian durante la deposición al vacío. según Grill.
El nanoroadster de tres ruedas sintetizado en la Universidad de Rice contiene 112 átomos e incluye un motor molecular que le valió a su inventor holandés un premio Nobel este año. Crédito:Alex Saywell / Leonhard Grill
Los experimentos del autor principal Alex Saywell, del grupo Grill, sobre nanoroadsters fabricados en Rice, demostraron la necesidad de un equilibrio fino de luz y temperatura para permitir una "difusión mejorada" de las moléculas en el vacío.
Grill dijo que el uso de luz para impulsar nanomáquinas ofrece una ventaja fundamental:la capacidad de inducir el movimiento de forma selectiva debido a la sensibilidad de los motores a la longitud de onda. La luz ultravioleta a 266 nanómetros duplicó el movimiento de los roadsters en comparación con las moléculas de los roadster de "control" sin motores. A 355 nanómetros, se triplicó.
Los roadsters, hecho de 112 átomos, alcanzó una velocidad máxima de 23 nanómetros por hora.
Una temperatura de activación de la superficie de 161 kelvin (menos 170 grados Fahrenheit) resultó ser la mejor para las condiciones de conducción. Si la temperatura es demasiado fría, los roadsters se pegarían a la superficie; demasiado calientes y se difundirían aleatoriamente sin la ayuda del motor.
"Nos sorprendió la clara correlación del movimiento mejorado con la presencia del motor, la necesidad tanto de calor como de luz para activar este movimiento, en perfecto acuerdo con el concepto del motor Feringa, y la sensibilidad de la longitud de onda que se ajusta perfectamente a nuestras expectativas de espectroscopia en solución, "Dijo Grill.
