Если внутрь молекулы фуллерена ввести молекулу воды, а получившуюся конструкцию поместить в углеродную нанотрубку, то ею можно эффективно управлять с помощью электрического поля.

Специалисты с машиностроительного факультета Колумбийского университета (США) под руководством Сюй Баосина (Baoxing Xu) предлагают реализовать необычную технику манипуляций нанодозами жидкости при помощи фуллерена.

Напомним: фуллерен С60 — это сферические полые молекулярные структуры из шестидесяти атомов углерода каждая; общий размер образования равен примерно одному нанометру, то есть он в 6 000–8 000 раз меньше эритроцита.

Рис. 1. Молекула воды внутри фуллереновой структуры может управляться электрическим полем. (Иллюстрация Columbia Engineering).

В силу своей структуры ядро фуллерена очень, очень гидрофобно. В целом это весьма нетоксичное для нас соединение, которое давно рассматривается в качестве кандидата на контролируемую доставку лекарств к тем или иным тканям человеческого организма.

Но есть проблема: контроль одиночной фуллереновой структуры — задача очень непростая. Можно делать это при помощи атомно-силового микроскопа, но тогда процесс будет долгим и в итоге дорогим.

Исследователи провели моделирование поведения H2O@C60 — фуллерена, связанного с молекулой воды. При этом, утверждают они,

удалось установить, что если получится капсулировать полярную молекулу воды внутри неполярной фуллереновой структуры, то внешнее электрическое поле сможет контролировать движение итогового образования в желаемом направлении с необходимой скоростью.

Чтобы добиться этого, нужно поместить H2O@C60 в углеродную нанотрубку, в которой электрическое поле сможет перемещать наноструктуру только вперёд или назад. При электрическом поле сильнее 0,065 вольт на ангстрем направление движения фуллерена в трубке менялось на прямо противоположное.

Хотя пока речь идёт лишь о симуляции, при её проведении, подчёркивают учёные, учитывались хорошо известные свойства молекул воды и фуллерена, что позволяет с уверенностью ожидать реализации смоделированного сценария на практике.

Дальнейшее изучение коммуникаций «пленённой» молекулы воды со своим окружением, таким как прилегающие к ней молекулы, позволит, по мнению авторов, выяснить, до какой степени можно контролировать взаимодействие транспортируемой внутри фуллерена воды с окружающими образованиями.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.