Un team di scienziati dell'Università dell'Ohio, Laboratorio Nazionale Argonne, L'Università di Tolosa in Francia e l'Istituto di scienza e tecnologia di Nara in Giappone, guidati dal professore di fisica dell'Ohio Saw-Wai Hla e dal prof. Gwenael Rapenne di Tolosa, hanno sviluppato un'elica molecolare che consente rotazioni unidirezionali su una superficie di materiale quando viene energizzata.

In natura, le eliche molecolari sono vitali in molte applicazioni biologiche che vanno dai batteri che nuotano al trasporto intracellulare, ma eliche molecolari sintetiche, come quello che è stato sviluppato, sono in grado di operare in ambienti più ostili e sotto un preciso controllo. Questo nuovo sviluppo è un'elica molecolare multicomponente appositamente progettata per operare su superfici solide. Questa minuscola elica è composta da tre componenti; un ingranaggio molecolare a forma di cricchetto come base, un'elica a tre pale, e un atomo di rutenio che funge da cuscinetto a sfera atomico che collega i due. La dimensione dell'elica è di soli 2 nanometri (nm) di larghezza e 1 nm di altezza.

"Ciò che rende speciale la nostra elica è il suo design multicomponente che diventa chirale sulla superficie del cristallo dorato, cioè forma ingranaggi inclinati a destra o a sinistra, " ha detto Hla. "Questa chiralità detta la direzione di rotazione quando viene energizzata."

Hla e il suo team sono stati anche in grado di manipolare e registrare meccanicamente le rotazioni graduali della molecola. Ciò consente loro di comprendere i movimenti di dettaglio a livello di singola molecola, consentendo una visualizzazione diretta della rotazione delle singole eliche molecolari dalle immagini acquisite ad ogni passo di rotazione.

La rotazione avviene mediante un campo elettrico applicato, per trasferimento di energia di elettroni o per forza meccanica con una punta di microscopio a scansione a effetto tunnel. Attraverso questa fornitura di energia, gli scienziati possono controllare la rotazione e spegnere l'elica negandole qualsiasi energia.

Sebbene l'elica molecolare sviluppata qui sia da indagare per la comprensione fondamentale del suo funzionamento, tali eliche molecolari possono trovare potenziali applicazioni dai catalizzatori alla medicina.

Le macchine molecolari sono recentemente diventate un argomento di tendenza nella nanotecnologia, con interesse in questo settore di ricerca in aumento quando nel 2016 è stato assegnato il Premio Nobel per la Chimica per la "progettazione e sintesi di macchine molecolari".

L'articolo di Hla "Un'elica molecolare chirale progettata per rotazioni unidirezionali su una superficie" è stata pubblicata in Comunicazioni sulla natura .