Aunque todavía no están preparados para embarcar en un lá "Viaje fantástico, "Los submarinos a nanoescala creados en la Universidad de Rice están demostrando ser aptos para navegar.

Cada una de las moléculas individuales, Los sumergibles de 244 átomos construidos en el laboratorio Rice del químico James Tour tienen un motor impulsado por luz ultravioleta. Con cada revolución completa, La hélice en forma de cola del motor mueve el sub hacia adelante 18 nanómetros.

Y con los motores funcionando a más de un millón de RPM, eso se traduce en velocidad. Aunque la velocidad máxima del submarino es de menos de 1 pulgada por segundo, Tour dijo que es un ritmo vertiginoso a escala molecular.

"Estas son las moléculas que se mueven más rápido jamás vistas en solución, " él dijo.

Expresado de otra manera, los investigadores informaron este mes en la revista American Chemical Society Nano letras que sus nano-sumergibles impulsados ​​por luz muestran una "mejora en la difusión" del 26 por ciento. Eso significa que los subs difusos, o esparcirse, mucho más rápido de lo que ya lo hacen debido al movimiento browniano, la forma aleatoria de partículas que se esparcen en una solución.

Si bien aún no se pueden dirigir, El estudio demuestra que los motores moleculares son lo suficientemente potentes para impulsar los submarinos de menos de 10 nanómetros a través de soluciones de moléculas en movimiento de aproximadamente el mismo tamaño.

"Esto es similar a una persona que cruza una cancha de baloncesto con 1, 000 personas tirándole pelotas de baloncesto, "Dijo Tour.

El grupo de Tour tiene una amplia experiencia con máquinas moleculares. Una década atrás, su laboratorio presentó al mundo los nanocoches, coches de una sola molécula con cuatro ruedas, ejes y suspensiones independientes que podrían "impulsarse" a través de una superficie.

Tour dijo que muchos científicos han creado máquinas microscópicas con motores a lo largo de los años, pero la mayoría ha utilizado o generado productos químicos tóxicos. Dijo que un motor que fue concebido en la última década por un grupo en los Países Bajos resultó adecuado para los sumergibles de Rice. que se produjeron en una síntesis química de 20 pasos.

"Estos motores son bien conocidos y se utilizan para diferentes cosas, ", dijo el autor principal y estudiante graduado de Rice, Víctor García-López." Pero fuimos los primeros en proponer que se pueden usar para propulsar nanocoches y ahora sumergibles ".

Los motores, que operan más como el flagelo de una bacteria que como una hélice, complete cada revolución en cuatro pasos. Cuando se excita con la luz, el doble enlace que sujeta el rotor al cuerpo se convierte en un enlace simple, lo que le permite girar un cuarto de paso. A medida que el motor busca volver a un estado de menor energía, salta átomos adyacentes durante otro cuarto de vuelta. El proceso se repite mientras la luz esté encendida.

Para pruebas de comparación, el laboratorio también hizo sumergibles sin motores, motores lentos y motores que van y vienen. Todas las versiones de los sumergibles tienen pontones que emiten una luz roja fluorescente cuando son excitados por un láser, según los investigadores. (Amarillo, Desafortunadamente, no era una opción.)

"Uno de los desafíos fue armar los motores con los fluoróforos apropiados para rastrear sin alterar la rotación rápida, "Dijo García-López.

Una vez construido, el equipo se dirigió a Gufeng Wang de la Universidad Estatal de Carolina del Norte para medir qué tan bien se movían los nanosensores.

"Habíamos utilizado microscopía de túnel de barrido y microscopía de fluorescencia para ver conducir nuestros autos, pero eso no funcionaría para los sumergibles, "Dijo Tour." Se desenfocarían bastante rápido ".

El equipo de Carolina del Norte colocó una gota de líquido de acetonitrilo diluido que contenía unos nanotubos entre dos portaobjetos y utilizó un microscopio de fluorescencia confocal personalizado para golpearlo desde lados opuestos con luz ultravioleta (para el motor) y un láser rojo (para los pontones).

El láser del microscopio definió una columna de luz en la solución dentro de la cual se produjo el seguimiento, García-López dijo. "De esa manera, el equipo de NC State podía garantizar que estaba analizando solo una molécula a la vez, " él dijo.

Los investigadores de Rice esperan que los futuros nanotubos puedan transportar cargamentos con fines médicos y de otro tipo. "There's a path forward, " García-López said. "This is the first step, and we've proven the concept. Now we need to explore opportunities and potential applications."