p (PhysOrg.com) - Reduzido ao máximo:o livre de emissão, carro silencioso com tração nas 4 rodas, desenvolvido em conjunto por pesquisadores da Empa e seus colegas holandeses, representa a construção leve em sua forma mais extrema. O nanocarro consiste em apenas uma única molécula e viaja em quatro rodas eletricamente acionadas em uma linha quase reta sobre uma superfície de cobre. O “protótipo” pode ser admirado na capa da última edição da Natureza . p Para realizar trabalhos mecânicos, geralmente se volta para motores, que transformam produtos químicos, energia térmica ou elétrica em energia cinética, a fim de, dizer, transportar mercadorias de A para B. A natureza faz a mesma coisa; nas células, as chamadas proteínas motoras - como a cinesina e a proteína muscular actina - realizam essa tarefa. Normalmente, eles deslizam ao longo de outras proteínas, semelhante a um trem sobre trilhos, e no processo “queimar” ATP (trifosfato de adenosina), o combustível químico, por assim dizer, do mundo vivo.

p Vários químicos pretendem usar princípios e conceitos semelhantes para projetar máquinas de transporte molecular, que poderia então realizar tarefas específicas na escala nano. De acordo com um artigo na última edição da revista científica “Nature”, cientistas da Universidade de Groningen e da Empa deram com sucesso “um passo decisivo no caminho para sistemas artificiais de transporte em escala nanométrica”. Eles sintetizaram uma molécula a partir de quatro unidades motoras rotativas, ou seja, rodas, que pode viajar em frente de uma maneira controlada. “Para fazer isso, nosso carro não precisa de trilhos nem de gasolina; funciona com eletricidade. Deve ser o menor carro elétrico do mundo - e ainda vem com tração nas 4 rodas ”, comenta o pesquisador da Empa Karl-Heinz Ernst.

p Alcance por tanque de combustível:ainda há espaço para melhorias

p A desvantagem:o carro pequeno, que mede aproximadamente 4x2 nanômetros - cerca de um bilhão de vezes menor que um VW Golf - precisa ser reabastecido com eletricidade a cada meia volta das rodas - por meio da ponta de um microscópio de tunelamento (STM). Além disso, devido ao seu design molecular, as rodas só podem girar em uma direção. “Em outras palavras:não há marcha à ré”, diz Ernst, que também é professor da Universidade de Zurique, laconicamente.

p De acordo com seu "plano de construção", o impulso da molécula orgânica complexa funciona da seguinte maneira:após sublima-la em uma superfície de cobre e posicionar uma ponta STM sobre ela deixando uma lacuna razoável, Colega de Ernst, Manfred Parschau, aplicada uma tensão de pelo menos 500 mV. Agora os elétrons devem "tunelar" através da molécula, desencadeando assim mudanças estruturais reversíveis em cada uma das quatro unidades motoras. Ele começa com uma isomerização cis-trans ocorrendo em uma ligação dupla, uma espécie de rearranjo - em uma posição extremamente desfavorável em termos espaciais, no entanto, em que grandes grupos laterais lutam por espaço. Como resultado, os dois grupos laterais se inclinam para passar um pelo outro e acabam voltando para sua posição original energeticamente mais favorável - a roda completou meia volta. Se todas as quatro rodas girarem ao mesmo tempo, o carro deve se mover para a frente. Pelo menos, de acordo com a teoria baseada na estrutura molecular.

p Dirigir ou não dirigir - uma simples questão de orientação

p E é isso que Ernst e Parschau observaram:após dez estímulos STM, a molécula avançou seis nanômetros - em uma linha mais ou menos reta. “Os desvios da trajetória prevista resultam do fato de não ser trivial estimular todas as quatro unidades motoras ao mesmo tempo”, explica o “driver de teste” Ernst.

p Outro experimento mostrou que a molécula realmente se comporta como previsto. Uma parte da molécula pode girar livremente em torno do eixo central, uma ligação simples C-C - o chassi do carro, por assim dizer. Ele pode, portanto, "pousar" na superfície do cobre em duas orientações diferentes:na correta, em que todas as quatro rodas giram na mesma direção, e no errado, em que as rodas do eixo traseiro giram para a frente, mas as dianteiras giram para trás - sob excitação, o carro permanece parado. Ernst und Parschau foram capazes de observar isso, também, com o STM.

p Portanto, os pesquisadores alcançaram seu primeiro objetivo, uma “prova de conceito”, ou seja, eles foram capazes de demonstrar que as moléculas individuais podem absorver energia elétrica externa e transformá-la em movimento direcionado. A próxima etapa imaginada por Ernst e seus colegas é desenvolver moléculas que podem ser impulsionadas pela luz, talvez na forma de lasers ultravioleta.