Исследователи из Университета Пенсильвании заявляют, что «химический паук», прядущий полимерную нить с помощью простого и известного катализатора, может приводить в движение наномотор. Аюсман Сен (Ayusman Sen) с коллегами отмечает, что наномоторы такого типа потенциально могут применяться для нанесения тонких полимерных нитей на внутреннюю поверхность микроустройств.

Если не принимать вчерашнее сообщение о молекулярном электромоторе большая часть молекулярных моторов приводится в действие за счет каталитической конверсии небольших молекул, служащих топливом для таких молекулярных двигателей, в результате их каталитической конверсии возникает химический градиент, который приводит в движение молекулярный ансамбль – молекулярный мотор.

Однако для многих приложений такой способ не является идеальным методом заставить молекулярный мотор двигаться, вместе с тем, некоторые молекулярные моторы биологического происхождения приводятся в движение за счет реакции полимеризации, например движение листерии (listeria) обусловлено полимеризацией белка – актина. Исследователи из группы Сена предположили, что некоторые металлоорганические катализаторы полимеризации могут оказаться полезными в расширении перечня каталитических реакций, управляющих автономным движением молекулярных моторов.

Рис. 1. Химический паук перемещается
благодаря процессу диффузии. (Рисунок из
ACS Nano, 2011, 5, 85 DOI: 10.1021/nn102775q).

Хотя ранее исследователями из Университета Райса (Техас) независимо было предположено, что движение молекул может управляться реакцией полимеризации, эта концепция до настоящего времени не была осуществлена экспериментально.

Для приведения в действие «полимеризационного» наномотора исследователи из группы Сена решили использовать полимеризацию с метатетическим раскрытым циклом [ring-opening metathesis polymerisation (ROMP)] норборнена с помощью простейшего варианта катализатора Граббса – карбенового комплекса переходного металла. Первоначально были получены «двуликие» частицы золото-оксид кремния – для этого частички оксида кремния размером 0.96 мкм неравномерно покрывали монослоем золота, после чего к располагающемуся на поверхности оксиду кремния прививали катализатор Граббса.

При протекании полимеризации норборнена частицы начинали двигаться, расход мономера отслеживался с помощью хроматографических методов, с помощью сканирующей электронной микроскопии наблюдалось «прядение» асимметрическими частицами полимерной нити , причем скорость вращения зависела от концентрации норборнена.

Одним из интересных наблюдений, полученных с помощью оптической спектроскопии, является и то, что при наличии градиента концентраций частицы двигались по направлению увеличения значения химического градиента, обычно движение в направлении увеличения градиента концентраций редко наблюдается вне биологии. Введение в систему ингибитора катализатора Граббса – винилэтиловогоэфира приводит к прекращению движения.

Джеймс Тур (James Tour) из Университета Райса, в свое время предложивших подобный подход к созданию работающих молекулярных моторов, отмечает, что Сен предлагает элегантную демонстрацию движения молекулярного мотора, приводимого в действие реакцией полимеризации, подчеркивая, что для достижения своей цели исследователи проделали титаническую работу.