Egyetlen molekula, mint molekuláris motor

Az emberi test izmait és sejtmotorjait ellátó kémiához képest a tudósok által eddig megalkotott mikrogépeké elég csiszolatlannak tűnnek.

Mindez azonban megváltozhat egy új elméletnek köszönhetően, ami azt körvonalazza hogyan vezérelhetők a molekuláris gépek egyetlen molekula és némi elektromosság alkalmazásával. Bár jelen állapotában a tanulmány csupán elméleti síkon mozog, maga az elképzelés jelentősen felgyorsíthatja a mikroszkopikus gépezetek fejlesztésének ütemét.

A tanulmány mögött álló két, a Northwestern Egyetemen dolgozó kémikus szerint a hagyományos molekuláris gépek hátulütője, hogy együttesen működnek, általában külső fény vagy vegytan által, és számos molekulából tevődnek össze, azaz túl nagyok. Bonyolultságuk és méretük igen nehézzé teszi irányításukat. Természetesen vannak olyan fontos területek, mint a gyógyszerek eljuttatása az emberi szervezetbe, ahol ennek nincs különösebb jelentősége, azonban az elképzelt alkalmazások többsége megkövetelné a molekuláris gépek irányíthatóságát.


Egy nagyméretű molekuláris gép modellje - minden színes gömb egy atomot jelképez. Ez a fogaskerék egy jövőbeli nanoméretű gép egyik alkatrésze lehet
Tamar Seideman, a kutatás vezetője szerint az emberek a számítástechnikában, az érzékelők, a biogépészet és a napcellák területén alkalmaznák a molekuláris gépeket, melyek egyedülálló, a makroszkopikus gépektől eltérő funkcióikkal és tulajdonságokkal rendelkeznek, nem csupán és elsősorban azért, mert nanoméretűek. Sokkal inkább abból adódik a különbség, hogy ezek valóban molekuláris jellemvonásokat hordoznak, mint például energiaszint szerkezetükben, dinamikáikban és a külső ingerekre való reakcióikban.

Seidman és kutatótársa Chao-Cheng Kaun egyetlen kis szén molekula, egy fullerén körüli motort vázolt fel. A fullerént két arany elektróda közé helyezik, egy úgynevezett molekuláris csomópontot alkotva. Amikor elektromos áram fut át az elektródák között, az elektronok energiát adnak át a molekulának, ami ezáltal rezegni kezd, és belső energiaforrást hoz létre. A fullerén az elektródák között oszcillál, mintha egy láthatatlan rugón helyezkedne el. A lényeg azonban az, hogy mivel a molekulát egymagában meglehet hajtani ezért a keletkező mozgás pontosan kontrollálható.

Érdekes módon a molekuláris csomópont vezetőképessége a fullerén két elektróda közötti elhelyezkedésén múlik. A spontán rezgő áram egy rezgő mágneses mezővé alakul, így a fullerén csomópont egy nanoméretű generátorrá válik, amire eddig nem volt példa. Seideman szerint mivel ismerik a mozgást létrehozó folyamatokat, ezért képesek irányítani is azt, így reményei szerint már nem lehet túl messze egy a fentiekben felvázolt molekuláris motor bemutatása.