Los químicos de la Universidad de Tufts han desarrollado el primer motor eléctrico de una sola molécula del mundo, lo que potencialmente puede crear una nueva clase de dispositivos que podrían usarse en aplicaciones que van desde la medicina hasta la ingeniería. El motor molecular fue impulsado por electricidad de un estado de la técnica, microscopio de túnel de barrido de baja temperatura. Este microscopio envió una corriente eléctrica a través de la molécula, dirigir la molécula para que gire en una dirección u otra. La molécula tenía una base de azufre (amarillo); cuando se coloca sobre una losa conductora de cobre (naranja), quedó anclado a la superficie. La molécula que contiene azufre tenía átomos de carbono e hidrógeno que se irradiaban para formar lo que parecen dos brazos (gris); estas cadenas de carbono podían girar libremente alrededor del enlace central azufre-cobre. Los investigadores encontraron que reducir la temperatura de la molécula a cinco Kelvin (K), o alrededor de menos 450 grados Fahrenheit (ºF), les permitió impactar con precisión la dirección y la velocidad de rotación del motor molecular. El equipo de Tufts planea enviar este motor eléctrico en miniatura a los récords mundiales Guinness. La investigación se publicó en línea el 4 de septiembre en Nanotecnología de la naturaleza. Crédito:Heather L. Tierney, Colin J. Murphy, April D. Jewell, Ashleigh E. Baber, Erin V. Iski, Harout Y. Khodaverdian, Allister F. McGuire, Nikolai Klebanov y E. Charles H. Sykes.
Los químicos de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Tufts han desarrollado el primer motor eléctrico de una sola molécula del mundo, un desarrollo que potencialmente puede crear una nueva clase de dispositivos que podrían usarse en aplicaciones que van desde la medicina hasta la ingeniería.
En una investigación publicada en línea el 4 de septiembre en Nanotecnología de la naturaleza, el equipo de Tufts informa sobre un motor eléctrico que mide apenas 1 nanómetro de ancho, Un trabajo pionero teniendo en cuenta que el récord mundial actual es un motor de 200 nanómetros. Una sola hebra de cabello humano es aproximadamente 60, 000 nanómetros de ancho.
Según E. Charles H. Sykes, Doctor., profesor asociado de química en Tufts y autor principal del artículo, el equipo planea enviar el motor eléctrico construido por Tufts a Guinness World Records.
"Ha habido un progreso significativo en la construcción de motores moleculares alimentados por luz y por reacciones químicas, pero esta es la primera vez que se han demostrado motores moleculares accionados eléctricamente, a pesar de algunas propuestas teóricas, ", dice Sykes." Hemos podido demostrar que se puede proporcionar electricidad a una sola molécula y hacer que haga algo que no es simplemente aleatorio ".
Sykes y sus colegas pudieron controlar un motor molecular con electricidad utilizando un estado de la técnica, microscopio de túnel de barrido de baja temperatura (LT-STM), uno de aproximadamente 100 en los Estados Unidos. El LT-STM usa electrones en lugar de luz para "ver" moléculas.
El equipo utilizó la punta de metal del microscopio para proporcionar una carga eléctrica a una molécula de butil metil sulfuro que se había colocado sobre una superficie conductora de cobre. Esta molécula que contiene azufre tenía átomos de carbono e hidrógeno que se irradiaban para formar lo que parecían dos brazos, con cuatro carbonos en un lado y uno en el otro. Estas cadenas de carbono podían girar libremente alrededor del enlace azufre-cobre.
El equipo determinó que al controlar la temperatura de la molécula podrían afectar directamente la rotación de la molécula. Temperaturas alrededor de 5 Kelvin (K), o alrededor de menos 450 grados Fahrenheit (ºF), resultó ser el ideal para seguir el movimiento del motor. A esta temperatura, los investigadores de Tufts pudieron rastrear todas las rotaciones del motor y analizar los datos.
Si bien existen aplicaciones prácticas previsibles con este motor eléctrico, Habría que hacer avances en las temperaturas a las que funcionan los motores moleculares eléctricos. El motor gira mucho más rápido a temperaturas más altas, dificultando la medición y el control de la rotación del motor.
"Una vez que comprendamos mejor las temperaturas necesarias para que estos motores funcionen, Podría haber una aplicación en el mundo real en algunos dispositivos médicos y de detección que involucran tuberías diminutas. La fricción del fluido contra las paredes de la tubería aumenta a estas pequeñas escalas, y cubrir la pared con motores podría ayudar a impulsar los fluidos, ", dijo Sykes." El acoplamiento del movimiento molecular con señales eléctricas también podría crear engranajes en miniatura en circuitos eléctricos a nanoescala; Estos engranajes podrían usarse en líneas de retardo en miniatura, que se utilizan en dispositivos como teléfonos móviles ".
El rostro cambiante de la química
Los estudiantes desde la escuela secundaria hasta el nivel de doctorado jugaron un papel integral en la compleja tarea de recolectar y analizar el movimiento de los diminutos motores moleculares.
"La participación en este tipo de investigación puede ser esclarecedora, y en algunos casos cambia la vida, experiencia para estudiantes, ", dijo Sykes." Si podemos hacer que la gente se interese en las ciencias antes, a través de proyectos como este, hay una mayor posibilidad de que podamos influir en la carrera que elijan más adelante en la vida ".
Como prueba de que puede ser importante obtener una base científica temprana, uno de los estudiantes de secundaria involucrados en la investigación, Nikolai Klebanov, pasó a inscribirse en Tufts; ahora es un estudiante de segundo año con especialización en ingeniería química.
