تولید نانوماشین‌های جدید با امکان حرکت در دمای اتاق

رانندگان نانوماشین دانشگاه رایس به شگفتی دریافته‌اند که ساخته جدید آنها می‌تواند در دمای اتاق نیز حرکت کند. با وجودی که تا رسیدن به کاربردهای عملی این ماشین‌های کوچک سالها فاصله داریم، این پیشرفت نشان می‌دهد که می‌توان از این ابزارها در محدوده وسیع‌تری از کاربردها بهره گرفت. در انواع اولیه این ماشین‌ها، سطح باید تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شد تا آنها می‌توانستند روی سطح حرکت کنند.

رانندگان نانوماشین دانشگاه رایس به شگفتی دریافته‌اند که ساخته جدید آنها می‌تواند
در دمای اتاق نیز حرکت کند. با وجودی که تا رسیدن به کاربردهای عملی این ماشین‌های
کوچک سالها فاصله داریم، این پیشرفت نشان می‌دهد که می‌توان از این ابزارها در
محدوده وسیع‌تری از کاربردها بهره گرفت. در انواع اولیه این ماشین‌ها، سطح باید
تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شد تا آنها می‌توانستند روی سطح حرکت کنند.

زمانی که این ماشین برای اولین بار در سال ۲۰۰۵ توسط پروفسور جیمز تور، استاد
شیمی و مهندسی مکانیک دانشگاه رایس معرفی شد، اشتیاق زیادی را برانگیخت.

ماشین تک‌مولکولی اولیه پروفسور تور دارای چرخ‌های باکی‌بالی و محورهای انعطاف‌پذیر
بود و به عنوان دلیلی برای امکان تولید ماشین‌ها در مقیاس نانو مطرح گردید.
بعدها یک موتور پره‌دار که با نور فعال می‌شد، به این ماشین اضافه شده و چرخ‌ها
از باکی‌بال به کربوران‌ها تغییر یافتند. سنتز کربوران‌ها راحت‌تر بوده و به
موتور اجازه می‌دادند حرکت کند، چون چرخ‌های باکی‌بالی انرژی نور را که به
عنوان سوخت عمل می‌کرد، قبل از آنکه موتور بتواند حرکت کند، به دام می‌انداختند.
پس از آن، انوع مختلفی از ماشین‌های نانومقیاس در دانشگاه رایس ساخته شدند.

استفان لینک، استاد شیمی دانشگاه رایس، از چرخ‌های این ماشین برای یک سری
آزمایش‌های دیگر استفاده کرد که بر مبنای کار «تور» بنیان‌گذاری شده بودند.
اولین دستاورد او استفاده از تصویربرداری فلورسانس تک‌مولکولی به جای میکروسکوپ
تونلی روبشی (STM که در آزمایشات اولیه استفاده می‌شد) برای رهگیری این ماشین
های کوچک بود. با استفاده از روش STM می‌توان از مواد در مقیاس اتمی
تصویربرداری کرد، اما این روش نیازمند این است که ماده مورد نظر روی یک سطح
رسانا قرار داشته باشد. در مورد تصویربرداری فلورسانس اینگونه نیست.

لینک درباره موفقیت اولیه گروه در زمینه اتصال مولکول‌های ردیاب فلورسانس به
نانوماشین‌ها می‌گوید: «فکر کردیم تنها کاری که می‌خواهیم انجام دهیم، گرفتن
عکس است؛ قرار نیست اتفاق دیگری بیافتد. ما نگران چگونگی ایجاد یک محیط دمایی
در اطراف آن، چگونگی حرارت دادن آن، و چگونگی حرکت دادنش بودیم. بسیار متعجب
شدم زمانی که دانشجویانم آمدند و به من گفتند: آنها حرکت کردند».

تصویربرداری متناوب زمانی از ناحیه‌ای با طول و عرض ۱۰ میکرومتر نشان داد که
این نانوماشین‌ها روی یک اسلاید شیشه‌ای به صورت زیگزاگ حرکت می‌کنند. لینک
می‌گوید سرعت متوسط آنها ۱/۴ نانومتر بر ثانیه بود.

لینک می‌گوید: «حال که می‌توانیم حرکت آنها را ببینیم، مرحله بعدی کار این است
که آنها را از نقطه A به نقطه B حرکت دهیم . این کارِ آسانی نخواهد بود».