Anche se non sono ancora pronti per imbarcarsi su un lá "Fantastic Voyage, " I sottomarini su nanoscala creati alla Rice University si stanno dimostrando idonei alla navigazione.

Ciascuna delle singole molecole, I sommergibili da 244 atomi costruiti nel laboratorio Rice del chimico James Tour hanno un motore alimentato da luce ultravioletta. Ad ogni rivoluzione completa, l'elica a forma di coda del motore sposta il sottomarino in avanti di 18 nanometri.

E con i motori che girano a più di un milione di giri/min, che si traduce in velocità. Sebbene la velocità massima del sottomarino sia inferiore a 1 pollice al secondo, Tour ha detto che è un ritmo vertiginoso su scala molecolare.

"Queste sono le molecole che si muovono più velocemente mai viste in soluzione, " Egli ha detto.

Espresso in modo diverso, i ricercatori hanno riferito questo mese sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere che i loro nanosommergibili azionati dalla luce mostrano un "miglioramento nella diffusione" del 26%. Ciò significa che i sottotitoli si diffondono, o disteso, molto più velocemente di quanto non facciano già a causa del moto browniano, il modo casuale in cui le particelle si diffondono in una soluzione.

Anche se non possono ancora essere guidati, lo studio dimostra che i motori molecolari sono abbastanza potenti da guidare i sottomarini sub-10 nanometri attraverso soluzioni di molecole in movimento di circa la stessa dimensione.

"Questo è simile a una persona che attraversa un campo da basket con 1, 000 persone che gli lanciano palloni da basket, " Disse Giro.

Il gruppo di Tour ha una vasta esperienza con le macchine molecolari. Un decennio fa, il suo laboratorio ha introdotto il mondo alle nanocar, auto a molecola singola a quattro ruote, assali e sospensioni indipendenti che potrebbero essere "guidati" su una superficie.

Tour ha detto che molti scienziati hanno creato macchine microscopiche con motori nel corso degli anni, ma la maggior parte ha utilizzato o generato sostanze chimiche tossiche. Ha detto che un motore che è stato concepito nell'ultimo decennio da un gruppo nei Paesi Bassi si è dimostrato adatto ai sommergibili della Rice, che sono stati prodotti in una sintesi chimica in 20 fasi.

"Questi motori sono conosciuti e usati per cose diverse, " ha detto l'autore principale e studente laureato alla Rice Victor García-López. "Ma siamo stati i primi a proporre che possano essere usati per spingere le nanocar e ora i sommergibili".

I motori, che funzionano più come il flagello di un batterio che come un'elica, completare ogni rivoluzione in quattro passaggi. Quando eccitato dalla luce, il doppio legame che tiene il rotore al corpo diventa un legame unico, permettendogli di ruotare di un quarto di passo. Quando il motore cerca di tornare a uno stato energetico inferiore, salta gli atomi adiacenti per un altro quarto di giro. Il processo si ripete finché la luce è accesa.

Per i test comparativi, il laboratorio ha realizzato anche sommergibili senza motore, motori lenti e motori che remano avanti e indietro. Tutte le versioni dei sommergibili hanno pontoni che diventano rossi fluorescenti quando eccitati da un laser, secondo i ricercatori. (Giallo, purtroppo, non era un'opzione.)

"Una delle sfide è stata armare i motori con i fluorofori appropriati per il tracciamento senza alterare la rotazione veloce, " ha detto García-López.

Una volta costruito, il team si è rivolto a Gufeng Wang della North Carolina State University per misurare quanto bene si muovessero i nanosub.

"Avevamo usato la microscopia a scansione a effetto tunnel e la microscopia a fluorescenza per guardare le nostre auto guidare, ma non funzionerebbe per i sommergibili, " Tour ha detto. "Essi andrebbero fuori fuoco abbastanza rapidamente."

Il team della Carolina del Nord ha inserito una goccia di liquido di acetonitrile diluito contenente alcuni nanosub tra due vetrini e ha utilizzato un microscopio a fluorescenza confocale personalizzato per colpirlo da lati opposti con luce ultravioletta (per il motore) e un laser rosso (per i pontoni).

Il laser del microscopio ha definito una colonna di luce nella soluzione all'interno della quale è avvenuto il tracciamento, ha detto García-López. "Quel modo, il team di NC State poteva garantire che stava analizzando solo una molecola alla volta, " Egli ha detto.

I ricercatori di Rice sperano che i futuri nanosub saranno in grado di trasportare carichi per scopi medici e di altro tipo. "C'è una strada da percorrere, " García-López said. "This is the first step, and we've proven the concept. Now we need to explore opportunities and potential applications."