Os trens de engrenagens têm sido usados ​​há séculos para traduzir mudanças na velocidade de rotação da engrenagem em mudanças na força de rotação. Carros, treinos, e basicamente qualquer coisa que tenha partes giratórias as usa. Engrenagens em escala molecular são uma invenção muito mais recente que poderia usar luz ou um estímulo químico para iniciar a rotação da engrenagem. Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Nara (NAIST), Japão, em parceria com equipes de pesquisa da Universidade Paul Sabatier, França, relatório em um novo estudo publicado em Ciência Química um meio de visualizar instantâneos de um trem de engrenagens ultrapequeno - uma cadeia interconectada de engrenagens - em funcionamento.

O líder do projeto NAIST, Professor Gwénaël Rapenne, dedicou sua carreira à fabricação de dispositivos mecânicos em escala molecular, como rodas e motores. Pesquisadores projetaram recentemente uma roda dentada para um trem de engrenagem molecular, mas atualmente não têm meios de visualizar as engrenagens em ação.

"A maneira mais direta de monitorar o movimento das engrenagens moleculares é por meio de imagens de microscopia de tunelamento de varredura estática. Para esses fins, um dos dentes das rodas dentadas deve ser estericamente ou eletroquimicamente distinto dos outros dentes, "explica Rapenne.

Os pesquisadores primeiro criaram uma roda dentada molecular composta por cinco pás, onde uma pá tem alguns átomos de carbono mais comprida do que as outras quatro. Contudo, como eles mostraram no ano passado, diferenças no comprimento da pá atrapalham o movimento coordenado ao longo do trem de engrenagens. Assim, diferenças na eletroquímica da pá são uma abordagem de projeto mais promissora, mas sinteticamente mais desafiadora.

"Usamos estudos computacionais para prever se as unidades de retirada de elétrons ou a química do metal poderiam ajustar as propriedades eletrônicas de uma raquete, sem alterar o tamanho da raquete, "diz Rapenne. Essas propriedades personalizadas são importantes porque pode-se observá-las como diferenças de contraste usando microscopia de varredura por túnel, e assim facilitar a imagem estática.

"Nossos protótipos de roda dentada pentaporfirínica continham uma pá com um substituinte cianofenil ou um centro de zinco, em vez de níquel, "explica Rapenne." Várias técnicas de espectroscopia confirmaram as arquiteturas de nossas sínteses. "

Como os pesquisadores podem usar essas engrenagens? Imagine brilhar um feixe de luz altamente focalizado, ou aplicando um estímulo químico, para uma das engrenagens para iniciar uma rotação. Ao fazê-lo, pode-se girar uma série de rodas dentadas de maneira coordenada, como em um trem de engrenagens convencional, mas em uma escala molecular que consiste na miniaturizatio final de dispositivos. "Agora temos os meios para visualizar essas rotações, "observa Rapenne.

Ao usar este desenvolvimento para realizar estudos de mecânica de uma única molécula, Rapenne está otimista de que a ampla comunidade de pesquisa terá um novo design poderoso para máquinas integradas em nanoescala. "Ainda não chegamos lá, mas estamos trabalhando em colaboração para que isso aconteça o mais rápido possível, " ele diz.