Letdrevet Nanorod kunne rulle på vandet

(PhysOrg.com) -- I en nylig undersøgelse, forskere har undersøgt muligheden for at rulle en nanorod på vandoverfladen. På makroskalaen, måske den nærmeste analogi er sporten logrolling, hvor to konkurrenter forsøger at balancere på en træstamme længst, mens stammen ruller på vandet. Imidlertid, mens makrologgen ruller på grund af at konkurrenterne går på den, nanorod ville rulle ved at blive elektrisk polariseret af en lysstråle.

Forskerne, Lela Vuković og Petr Král fra University of Illinois i Chicago, har udviklet en model af sådan en nanorrod, der ruller på vandet. Ved hjælp af simuleringer af molekylær dynamik, forskerne viste, hvordan nanorods med diametre på 3-10 nanometer kunne rulle på vand med translationshastigheder på op til 5 nanometer pr. nanosekund. Deres undersøgelse er offentliggjort i et nyligt nummer af Fysiske anmeldelsesbreve .

"At flytte nanoobjekter på væsker kan være enklere end at flytte makroskopiske objekter på grund af tyngdekraftens irrelevans, ” fortalte Vuković PhysOrg.com . "Vi er den første gruppe, der seriøst undersøgte ideen om at rulle nanorods på luft/væske-grænseflader. Vores simuleringer af rullende nanorods bekræfter, at man i princippet kan bruge de samme eller lignende principper, som naturen bruger, hvor vandedderkopper og endda nogle firben kan gå på væsker."

For at rulle nanorod på vand, forskerne forklarede, hvordan man oplader nanorods overflade med en lysstråle, der er vippet i forhold til vandoverfladen. Lyset ophidser nanorods kromoforer, som er de dele af molekyler, der absorberer fotoner. Så bliver nanorørets polariserede kromoforer tiltrukket af vandets meget polære molekyler, får nanorod til at rulle. Ved at matche den tid lysstrålen når kromoforerne med nanorodernes rotationshastighed, forskerne viste teoretisk, at de burde være i stand til at holde nanorod rullende i et jævnt tempo.

Som forskerne forklarede, nanorod skal kobles godt nok til vandoverfladen til at blive drevet frem med minimal glidning, men ikke for meget, så den bliver dybt begravet og skal skubbe meget vand for at bevæge sig. For at bestemme, hvordan nanorod kan rulle mest effektivt, forskerne analyserede kemien ved grænsefladen mellem nanorod og vand.

I deres model, forskerne fastslog også, at nanorod skulle være i stand til at trække genstande fastgjort til den, mens den ruller på vandet. Denne evne kunne gøre systemet til en mulig kandidat til at transportere last i nanoskala på celleniveau, som kunne være nyttige i biologiske anvendelser, såsom manipulation af store proteiner.

"Potentielt, vi kan forestille os en række nanoobjekter, der kan styres synkront på væskeoverflader, " sagde Král. "Disse objekter kan have en række forskellige anvendelser inden for sansning, eller materialeforberedelse. Vi kan også bruge nanoroderne til autonomt at trække last på flydende overflader. De kan forberede små net som fiskerbåde til nye typer applikationer. Vi vil sandsynligvis vide mere om disse systemers reelle muligheder, efter vores første eksperimenter vil blive udført i den nærmeste fremtid."

Copyright 2009 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.