Stále menšie a zložitejšie – bez miniaturizácie by sme dnes nemali komponenty, ktoré sú potrebné pre vysokovýkonné notebooky, kompaktné smartfóny alebo endoskopy s vysokým rozlíšením. V súčasnosti prebieha výskum v nanoúrovni na spínačoch, rotoroch alebo motoroch, ktoré pozostávajú len z niekoľkých atómov, aby sa vytvorili takzvané molekulárne stroje. Výskumný tím spoločnosti FAU úspešne zostrojil najmenšie energeticky poháňané ozubené koleso na svete so zodpovedajúcim náprotivkom. Nano prevodovka je prvá, ktorú možno aj aktívne ovládať a poháňať. Zistenia vedcov boli nedávno publikované v časopise Nature Chemistry.

Miniaturizácia zohráva kľúčovú úlohu v ďalšom vývoji moderných technológií a umožňuje vyrábať menšie zariadenia, ktoré majú väčší výkon. Tiež hrá významnú úlohu vo výrobe, pretože umožňuje vyrábať funkčné materiály a lieky s dovtedy bezprecedentnou úrovňou presnosti. Teraz výskum vstúpil do nanomierky – ktorá je voľným okom neviditeľná – so zameraním na jednotlivé atómy a molekuly. Význam tejto novej oblasti výskumu dokazuje Nobelova cena za chémiu, ktorá bola udelená za výskum molekulárnych strojov v roku 2016.

Niektoré dôležité komponenty používané v molekulárnych strojoch, ako sú spínače, rotory, kliešte, robotické ramená alebo dokonca motory, už existujú v nanoúrovni. Ďalšou podstatnou súčasťou každého stroja je ozubené koleso, ktoré umožňuje zmeny smeru a rýchlosti a umožňuje vzájomné prepojenie pohybov. Molekulárne náprotivky existujú aj pre ozubené kolesá, avšak doteraz sa pohybovali iba pasívne tam a späť, čo nie je pre molekulárny stroj extrémne užitočné.

Molekulárne ozubené koleso vyvinuté výskumným tímom vedeným Prof. Dr. Henrym Dubeom, predsedom organickej chémie I na FAU a predtým vedúcim juniorskej výskumnej skupiny na LMU v Mníchove, meria iba 1,6 nm. Výskumnému tímu sa podarilo aktívne poháňať molekulárne ozubené koleso a jeho náprotivok a vyriešiť tak zásadný problém v konštrukcii strojov v nanoúrovni.

Prevodovka pozostáva z dvoch komponentov, ktoré sú navzájom prepojené a pozostávajú iba zo 71 atómov. Jednou zložkou je molekula triptycénu, ktorej štruktúra je podobná vrtuli alebo korčekovému kolesu. Druhou zložkou je plochý fragment molekuly tioindiga, podobný malej platni. Ak sa doska otočí o 180 stupňov, vrtuľa sa otočí len o 120 stupňov. Výsledkom je prevodový pomer 2:3.

Nanoprevodovka je riadená svetlom, čo z nej robí molekulárnu fotovýbavu. Keďže sú priamo poháňané svetelnou energiou, doska a triptycénová vrtuľa sa pohybujú v uzamknutej synchrónnej rotácii. Ako zistil tím FAU, samotné teplo nestačilo na to, aby sa prevodovka roztočila. Keď výskumníci zahriali roztok okolo prevodovky v tme, vrtuľa sa otočila, ale doska nie – ozubené koleso sa „pošmyklo“. Vedci tak dospeli k záveru, že nano prevodovku je možné aktivovať a ovládať pomocou svetelného zdroja.

Nanoprevodovka je riadená svetlom, čo z nej robí molekulárnu fotovýbavu. Keďže sú priamo poháňané svetelnou energiou, doska a triptycénová vrtuľa sa pohybujú v uzamknutej synchrónnej rotácii. Ako zistil tím FAU, samotné teplo nestačilo na to, aby sa prevodovka roztočila. Keď výskumníci zahriali roztok okolo prevodovky v tme, vrtuľa sa otočila, ale doska nie – ozubené koleso sa „pošmyklo“. Vedci tak dospeli k záveru, že nano prevodovku je možné aktivovať a ovládať pomocou svetelného zdroja.

Zdroj: nano-magazine.com