Помните, мы писали про нано-автомобиль? Так вот – его усовершенствованные модели уже катаются при комнатной температуре!

В 2005 году Джеймс Тур (James Tour) и его коллеги из Райса (Rice University) представили нанотехнологическому сообществу первый достаточно сложный наномеханизм в виде простейшей автомобильной рамы.

В качестве колес наносистеме служили фуллерены (молекулы С60), связанные химическими связями с «каркасом» машины. Ширина рамы наноавтомобиля – 4 нанометра, чуть больше, чем толщина ДНК. Он имеет раму и оси, к которым и присоединены химическими связями фуллерены. Наномашины настолько малы (как упоминалось выше, их размер составляет 3–4 нанометра), что 20000 устройств можно поместить на торце человеческого волоса.

Первоначально ученые 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. 1. Модель машины «с мотором»

Однако на «ездовом полигоне» от нагрева ездили все машины, что делает невозможным управление отдельными автомобилями. А это будет необходимо при организации молекулярных конвейеров и транспортных линий, осуществляющих перемещение промежуточных продуктов в нанофабриках будущего.

Затем машинки оборудовали «лопастным нанодвигателем», который вращался только в одну сторону, приводимый в движение лазером, поэтому вся структура ехала только вперед. Однако управляемое передвижение молекулярной машины было большим прогрессом в нанотехнологиях!

Наномеханизм был настолько популярным, что его макроскопическая модель была представлена на параде машин Art Car Parade в прошлом году.

Теперь же профессор химии Чао (Chao) и Джеймс Тур добились движения машинок при комнатной температуре, без предварительного нагрева!

Коллега Тура и Чао – Стефан Линк (Stephan Link), профессор химии и специалист в области плазмоники, занимался маркированием автомобилей специальными флуоресцентными метками, благодаря чему ученые могли отслеживать перемещение машинок по золотой поверхности, что не получалось, если использовать традиционную электронную микроскопию.

Рис. 2. Одиночные наномашинки с метками

Полигон для «разбега» увеличился до стеклянной непроводящей площадки в 10х10 микрон. Машинки теперь ведут себя, как будто им приделали руль – ездят поворачиваясь в разные стороны! В среднем длина пробега – две длины наномеханизма в секунду.

Для того, чтобы отследить передвижение наноструктур, понадобился целый год, так как прикрепление меток тетраметилродамина изотиоцината, работающего в качестве поляризатора, было делом довольно непростым. Да и сам алгоритм визуализации тоже отнял много времени – говорит Линк.

Пока движение нано-багги слишком прерывистое и непрямое из-за прикрепленных «прицепов» с метками, но Стефан надеется в будущих экспериментах расположить их непосредственно на раме устройства, что придаст ему большую «нано-аэродинамичность».

Более того, в планах ученого снабдить машину двумя дополнительными колесами, превратив багги в шестиколесный «вездеход», а также на подложке прочертить ряд дорог. Таким образом стабильность движений возрастет, и, возможно мы увидим, как машинки будут сновать по проложенным маршрутам.

Линк и Тур говорят, что их цель – приблизиться к аналогичным системам транспорта в природе. Белки, например, транспортируются с помощью микротрубочек и других транспортных сетей.

«В терминах информатики – мы хотим построить транспортно-адресационную систему перемещения молекул из «склада» к производственным точкам. Если это нам удастся- считайте, мы приблизились к одной из заветнейших мечт нанотехнологий – молекулярной сборке», – комментирует Линк.

Создание сложных наноструктур «снизу вверх» безусловно поможет ученым в разработке автономных наносистем будущего – нанороботов и нанофабрик. Поэтому наш сайт в дальнейшем будет пристально наблюдать за событиями, происходящими в лабораториях Джеймса и Стефана.

Свидиненко Юрий