Ученые из университета Райса создали наименьшую в мире движущуюся наносистему – наномашину, которая ездит как настоящие легковые машины. Наши постоянные посетители, знакомые с современным состоянием нанотехнологий, могут сначала в это не поверить, так как до сих пор ученым не удавалось сделать что-то сложнее простого актюатора или сенсора.

Но на самом деле эта большая молекула-наносистема, состоящая из трехсот атомов, похожа на машину только наличием четырех «колес» и способом передвижения. В качестве колес наносистеме служат фуллерены, молекулы С₆₀, связанные химическими связями с «каркасом» машины.

Ширина наноавтомобиля — 4 нанометра, чуть больше, чем толщина ДНК. Он имеет раму и оси, к которым и присоединены химическими связями фуллерены.

«Синтез и тестирование наномашины и других наносистем поможет значительно ускорить производство таких сложных структур, как нанофабрики или нанороботы, методом сверху-вниз, – говорит Джеймс М. Тур, профессор химии. – Эти машины помогут нам освоить базовые правила работы в наномире: транспортировки нанообъектов, взаимодействие между ними и сборка микроблоков из отдельных молекул».

Другие научные группы уже строили объекты нанометрового масштаба, напоминающие внешне автомобили, однако это первый пример, когда полученная молекулярная конструкция действительно катилась (даже не скользила) по поверхности так же, как катятся автомобили на своих колёсах.

Исследователи придумали оригинальный метод приведения в движение наномашины: они нагрели ее до 200° С, 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.

Рис. 2. Наномашина ездит по поверхности из золота

Чтобы убедиться в том, что машина действительно «ездит», а не скользит, и ее передвижения связаны с вращением фуллеренов-колес, ученые использовали сканирующую туннельную микроскопию (СТМ). Каждую минуту ученые получали СТМ снимки машины, доказывающие, что колеса действительно вращаются, и благодаря их вращению машина может ехать!

Более того, наномашину можно подцепить зондом микроскопа и перемещать с места на место. Интересно то, что она легче входит в соединение с зондом, когда захват происходит по направлению движения машины.

Восемь лет группа ученых совершенствовала технику производства наномашин, и вот наконец их попытки увенчались успехом. Удалось найти решение проблемы несовместимости палладиевых катализаторов, помогающих собирать раму машины, с молекулами фуллеренов, которые ингибируют эту реакцию. Но методом проб и ошибок это затруднение все же было преодолено.

Ученые уверены: машина сможет перевозить молекулярные грузы в различных направлениях, что можно использовать в наноконвеерах, нанофабриках и других сложных наносистемах. Также она может служить платформой для различных мобильных наносистем: нанороботов, наноманипуляторов. В качестве энергетической подпитки машин исследователи хотят использовать направленные пучки фотонов вместо нагревания среды, в которой находятся машины. Так появится возможность ими управлять и координировать их перемещения с высокой степенью точности.

Наномашина детально описана учеными в текущем выпуске журнала Nano Letters.