Hvad verdens mindste monstertruck afslører

Verdens korteste løb efter distance - en brøkdel af bredden af ​​et menneskehår - blev kørt på guld- og sølvbaner, og tog hele 30 timer. I betragtning af at køretøjerne var usynlige for det blotte øje, din typiske racerfan er måske gået glip af det. Men april "nanorace" var en stor succes for forskere, der arbejder på nanoskalaen. Det ansporede interessen for molekylære maskiner og førte til en overraskende ny opdagelse, rapporterer holdet, der kørte ind i en "monsterlastbil" i nanostørrelse.

Forskerne præsenterer deres forskning i nanobiler i dag ved det 254. nationale møde og udstilling i American Chemical Society (ACS). ACS, verdens største videnskabelige samfund, holder mødet her til og med torsdag. Den har næsten 9, 400 oplæg om en bred vifte af naturvidenskabelige emner.

"Det overordnede mål var at reklamere for nanovidenskab til offentligheden, "Erik Masson, Ph.D., siger. "Så var der den tekniske udfordring med at manipulere flere nanobiler på samme tid ved hjælp af et scanning tunneling mikroskop, eller STM, instrument. Derudover hvert hold havde sit eget mål. Vores var at se, om vi kunne afsætte en intakt supramolekylær samling på en overflade, og kontrollere dens bevægelse."

Masson og Saw-Wai Hla, Ph.D., var med til at lede holdet fra Ohio University. De designede og byggede den største bil på omkring 3,5 nanometer i længden. Officielt kaldet Bobcat Nanowagon, den havde en pseudorotaxan H-formet ramme med fire relativt store cucurbituril-molekyler som hjul. På grund af størrelsen, det blev ironisk nok døbt en monstertruck. Men i modsætning til normale køretøjer, den havde ingen motor. Så for at flytte nanobilen, forskerne brugte STM-instrumentet i Hlas laboratorium.

"Vi inkorporerede positive ladningsreceptorer i bilen, " Hla siger. "Så hvis vi indsprøjtede en positiv ladning i STM-spidsen pegede på bilen, der ville være frastødelse, og bilen ville bevæge sig. Vi syntes, det fungerede meget godt."

Konkurrencen, regnet som det første nanobilløb nogensinde, blev afholdt på det franske nationale center for videnskabelig forskning (CNRS) i Toulouse den 28. april. Seks hold fra tre kontinenter deltog i deres racerbiler på størrelse med molekyler. Men fordi STM-instrumentet i Toulouse kun havde fire tip, der hver kun kunne styre én nanobil, Ohio-teamet holdt deres nanovogn ​​i Hlas laboratorium, men "kørte" den på afstand fra CNRS.

"Min forståelse er, at dette var den første, " siger Hla. "Vi manipulerede bilen på atomare skala fra en halv klode væk."

Hla og Massons nanovogn ​​kørte 43 nanometer på guldbanen, før den satte sig fast på grund af en særlig ru sektion af banen og en strømafbrydelse i Midtvesten. Selvom det ikke gennemførte kurset, det gik længere end tre andre deltagere, giver holdet en tredjeplads.

Masson og Hla siger, at Ohio-holdet afslørede noget spændende som et resultat af løbet. De havde samlet nanovognen ved at suspendere chassismolekylerne i vand, tilsætning af hjulmolekylerne og derefter fordampning af vandet. Omkring 70 procent af de resulterende strukturer lignede to-hjulede hover boards, nogle få havde tre hjul, og omkring 10 procent havde alle fire hjul. De var overraskede over at opdage, at meget få hjul ikke var forbundet til noget.

"Det betyder, at det var nemmere at bryde chassiset, en kovalent binding, end at bryde de ikke-kovalente bindinger mellem chassiset og hjulene, " Masson siger. "Det er fuldstændig kontraintuitivt, fordi en ikke-kovalent binding typisk er meget svagere end en kovalent binding. Det er en teoretisk kuriosum."

Hvordan denne information i sidste ende kan gælde for molekylære maskiner i fremtiden er stadig ukendt, selvom mange videnskabsmænd forestiller sig, at små køretøjer som disse kunne bruges i elektronik og datalagring. Masson og Hla understreger begge, at arbejdet stadig er i sin tidlige fase. Inden der kommer ansøgninger, videnskabsmænd skal forstå, hvordan molekyler opfører sig på atomær skala.

"Vores begejstring handler i virkeligheden om den grundlæggende videnskab, " siger Hla. "Dette er kun begyndelsen."