Немногим ранее мы рассказывали нашим читателям, что в
Тулузе, Франция, ведется подготовка к проведению уникальных гонок нанокаров. В
этой гонке, NanoCar Race, будут принимать участие "наноавтомобили",
представляющие собой молекулы с очень сложной структурой, гонка будет
проводиться в условиях глубокого вакуума и очень низких температур. Однако,
группа из университета Райс, которая является одной из пяти команд гонки
NanoCar Race, смотрит на данную проблему гораздо шире. Их работа ориентирована
не исключительно на участие в гонке, Джеймс Тур (James Tour), Гуфенг Вон
(Gufeng Wang) и их коллеги нацелены на создание молекулярных наноавтомобилей,
которые смогут функционировать и в обычной окружающей среде.
"Нашей основной целью является создание наномашин,
которые могут функционировать в естественной окружающей среде" -
рассказывает Джеймс Тур, - "Только в таком виде они смогут стать полезными
инструментами для медицины, для технологий аддитивного производства и для
многого другого".
Для того, чтобы иметь возможность передвигаться в
обычных условиях наномашины должны иметь гидрофобные "колеса". Если
колеса наномашины будут активно взаимодействовать с влагой, которой достаточно
много на любой поверхности в обычных условиях, то это может не только затруднить,
но и сделать вообще невозможным перемещение наномеханизма. В нанокарах
последнего поколения, созданных учеными университета Райс, установлены
адамантовые колеса, которые обладают достаточно сильно выраженными
водоотталкивающими свойствами.
Проведение исследований движения нанокаров в
естественной окружающей среде затрудняется тем, что ученые не имеют возможности
использовать традиционные сканирующие туннельные микроскопы. Эти микроскопы
работают только в условиях вакуума, кроме того, их наконечники являются источниками
энергии, которая нарушает баланс и влияет на движение молекулярных автомобилей.
Поэтому исследователи пометили каждую молекулу флуоресцентным маркером и
использовали оптические микроскопы для прослеживания их движения.
Для сравнения и проверки использованных решений ученые
использовали "гоночные трассы" из чистого стекла и из стекла,
покрытого слоем полимерного материала - полиэтилен-гликоля. Во время
испытательных "заездов" по покрытиям двух разных типов нанокары вели
себя совершенно по-разному, несмотря на гидрофобную природу установленных на
них "колес".
Нанокары представляют собой сложные молекулы, состоящие
из нескольких сотен атомов. Поэтому любые другие молекулы, с которыми они
сталкиваются во время движения, являются для них серьезными препятствиями.
Кроме этого, любая поверхность постоянно адсорбируем молекулы из воздуха,
становясь более и более грязной. Все это действует как своего рода липкая
"пена", которая заставляет нанокары замедляться и, в конечном счете,
полностью останавливаться, что происходило после 24 часов непрерывного движения.
Исследователи пока еще не выяснили все тонкостей и
причин такого поведения, но подозревают, что их причиной является разница в
распределении потенциальной энергии между нанокаром и поверхностями различных
типов. "В ближайшем времени мы узнаем, что заставляет нанокары
"ездить на тормозах" даже по относительно чистой поверхности и
сколько энергии извне мы должны подать для того, чтобы эти крошечные наномашины
снова обрели способность к перемещению" - рассказывает Джеймс Тур.
