Применение молекулярных автомобилей для перевозки грузов – миф или реальность?

Под тестированием обычного автомобиля многие понимают проведения разных испытаний в лабораториях и на трассе. Это включает в себя реакцию систем автомобиля на дождливую погоду, скользкую дорогу, перепады температур и прочие ситуации. Вы будете крайне удивлены и тем, что такие тесты проводятся и для молекулярных автомобилей, увидеть которые можно только под микроскопом.

Ученые из Университета Райса и Университета штата Северной Каролины недавно провели некоторые из первых открытых испытаний nanocars — сложных молекул, которые могут перемещаться с помощью света и перевозить в качестве нагрузки небольшие количества полезного материала. До сих пор большинство испытаний молекулярных машин проводилось в вакууме, где молекулы других веществ не могли воздействовать на них.

Для практичного применения наноавтомобилей (nanocars) в таких отраслях как производство и фармацевтика, не мешало бы провести их испытания в другой окружающей среде (кроме вакуума) или на открытом воздухе. Исследовательская группа подтвердила некоторые из опасений при тестировании наноавтомобилей на открытом воздухе. Другие молекулы оказывали влияние на стеклянные слайды, служившие в роли дороги для nanocars, и замедляли их движения разными способами, которые отсутствовали при испытании в вакууме.

«Наша долгосрочная задача заключается в том, что бы сделать молекулярные автомобили, способные передвигаться на открытом воздухе» — сказал Джеймс Тур, один из участников проекта, занимавшийся разработкой первых наноавтомобилей в 2006 году. «Вот тогда у них действительно появится потенциал стать полезным инструментом для медицины и реализации производства снизу вверх».

Наноавтомобили

Интерес к наномашинам проявляет и полупроводниковая промышленность, которую интересует применение этих наноавтомобилей в производстве различных микросхем на молекулярном уровне. В отличии от производства сверху вниз, где инженеры протравливают транзисторы непосредственно на микросхемах, в то время как при подходе снизу вверх молекулы сами будут сливаться в схемы, а наномашины будут работать как ферменты для добавления новых структур.

Последние наноавтомобили, которые были описаны в одном из недавних выпусков журнала Американского Химического Общества Физической Химии, оснащены «колесами», изготовленными из адаманта. Колеса обладают немного водоотталкивающими свойствами, которые помогают им держатся на поверхности. Гидрофобные материалы, как правило, слипаются, чтоб свести к минимуму количество площади поверхности при контакте с водой. Если «колеса» будут слишком гидрофобными, то они будут постоянно застревать на поверхности.

Испытательной трассой для наноавтомобилей служила стеклянная подложка, наиболее часто применяемая для исследования поверхности наномашин. Химики создали две разные дорожки – одну покрыли специальным полимером с нелипким материалом, а вторую очистили с помощью перекиси водорода для предотвращения прилипания «колес». Использование разных субстратов помогло понять, как поверхность влияет на движение.

«Мы хотим понять, как будет происходить торможение наноавтомобиля и сколько необходимо энергии для приведения его в движение снова» — сказал Джеймс Тур. На протяжении всего испытания, ученые исследовали машины с помощью специальных флуоресцентных меток,  наблюдая за происходящим под микроскопом.

Когда пришло время запуска наномашины условия для движения оказались неблагоприятными. Стеклянные поверхности поглощали молекулы из воздуха и насыщали дорогу для испытаний, создавая там микроскопические выступы и «лужи», которые трудно было преодолеть. Поскольку nanocars – это единичные молекулы, то такие «липкие зоны» значительно замедляют их движение и могут привести к застреванию, как тяжелого грузовика на грунтовой дороге.

На стекле, покрытом специальным полимером — полиэтиленгликолем, результаты были немного лучше.

Возможно, движение в окружающей среде наномашин не было бы настолько актуально, если бы команда разработчиков не хотела победить на первых гонках наноавтомибелей Nanocar Race в Тулузе (Франция), которые пройдут в конце этого года. Гонка между пятью международными командами будет проходить в ультра-холодном вакууме.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *