Uma imagem de microscópio de tunelamento de varredura mostra dois nano-carregadores de três rodas criados na Rice University e testados na University of Graz. Os roadster ativados por luz, ao lado de seus modelos moleculares, atingiu uma velocidade máxima de 23 nanômetros por hora. Crédito:Alex Saywell / Leonhard Grill
Cientistas da Rice University e da University of Graz, Áustria, estão dirigindo três rodas, "nanoroadsters" de molécula única com luz e, pela primeira vez, vendo como eles se movem.
O laboratório Rice do inventor de nanocarros e químico James Tour sintetizou nanocarros movidos a luz há seis anos, mas com a ajuda de físicos experimentais na Áustria, eles agora são capazes de conduzir frotas de veículos de uma única molécula ao mesmo tempo.
Um relatório sobre o trabalho foi publicado na revista American Chemical Society. ACS Nano .
"É empolgante ver que nano-carregadores motorizados podem ser impulsionados por seus motores ativados por luz, "disse Tour, que introduziu os nanocarros em 2005 e os motorizou um ano depois. "Esses veículos de três rodas são o primeiro exemplo de nano-veículos movidos a luz sendo observados para se propelirem através de uma superfície por qualquer método, muito menos por microscopia de varredura por tunelamento. "
Em vez de conduzi-los quimicamente ou com a ponta de um microscópio de tunelamento, como farão com outros veículos na próxima corrida internacional de NanoCar em Toulouse, França, os pesquisadores usaram luz em comprimentos de onda específicos para mover seus nano-carregadores ao longo de uma superfície de cobre. Os veículos têm motores moleculares de roda traseira que giram em uma direção quando a luz os atinge. A rotação impulsiona o veículo como uma roda de pás na água.
Modelos de computador mostram duas formas possíveis de molécula única, nanoroadster de três rodas criado por cientistas da Rice University e da University of Graz. O veículo funciona com um motor leve que ganhou o Prêmio Nobel de seu inventor este ano. Crédito:Alex Saywell / Leonhard Grill
A equipe liderada por Tour e Leonhard Grill, professor da Universidade de Graz e ex-Instituto Fritz-Haber, Berlim, usaram motores modificados sensíveis ao comprimento de onda inventados pelo cientista holandês Bernard Feringa, que compartilhou o Prêmio Nobel de Química deste ano por sua máquina molecular.
O controle remoto é a chave para as habilidades úteis dos carros. "Se tivermos que 'conectar' o carro a uma fonte de energia, como um feixe de elétrons, perderíamos muitas das funcionalidades dos carros, "Tour disse." Energizá-los com luz libera-os para serem conduzidos a qualquer lugar onde se possa acender uma luz - e, eventualmente, esperamos que eles carreguem cargas. "
Outra vantagem é a capacidade de ativar frotas de nanocarros de uma só vez. "Isso é precisamente o que buscamos - usar uma luz para ativar motores e ter enxames de nano-veículos se movendo pela superfície, feito direcional por meio de gradientes de campo elétrico, "Tour disse." Isso nos permitiria a perspectiva futura de usar nanomáquinas como formigas que trabalham coletivamente para realizar a construção. "
Grill disse que o controle remoto por luz elimina a necessidade de uma sonda local que teria que abordar as moléculas uma por uma. "Além disso, nenhuma molécula de 'combustível' é necessária para contaminar a superfície e modificar as propriedades de difusão, " ele disse.
Tour usou motores modificados de Feringa para alimentar os nanosubmersíveis de seu laboratório. Nesse caso, o motor é a roda traseira. Ele disse que a configuração de três rodas simplifica seu uso porque os nanocarros maiores são mais difíceis de colocar em uma superfície de imagem e muitas vezes se dissociam durante a deposição sob vácuo, de acordo com Grill.
O nanorroadster de três rodas sintetizado na Rice University contém 112 átomos e inclui um motor molecular que rendeu ao seu inventor holandês o Prêmio Nobel este ano. Crédito:Alex Saywell / Leonhard Grill
Os experimentos do autor principal Alex Saywell do grupo Grill em nano-carregadores feitos em Rice demonstraram a necessidade de um equilíbrio preciso de luz e temperatura para permitir a "difusão aprimorada" das moléculas no vácuo.
Grill disse que o uso de luz para acionar nanomáquinas oferece uma vantagem fundamental - a capacidade de induzir seletivamente o movimento devido à sensibilidade dos motores ao comprimento de onda. A luz ultravioleta de 266 nanômetros dobrou o movimento dos roadster em comparação com as moléculas de roadster de "controle" sem motores. Em 355 nanômetros, triplicou.
Os roadster, feito de 112 átomos, atingiu uma velocidade máxima de 23 nanômetros por hora.
A temperatura de ativação da superfície de 161 kelvins (170 graus Fahrenheit negativos) provou ser a melhor para as condições de direção. Se a temperatura estiver muito baixa, os roadster grudariam na superfície; muito quente e eles se difundiriam aleatoriamente sem a ajuda do motor.
"Ficamos surpresos com a correlação muito clara do movimento aprimorado com a presença do motor, a necessidade de calor e luz para ativar esse movimento - em perfeito acordo com o conceito do motor Feringa - e a sensibilidade ao comprimento de onda que se encaixa perfeitamente em nossas expectativas de espectroscopia em solução, "Grill disse.
