(PhysOrg.com) -- I utvecklingen av framtida molekylära enheter, ny displayteknik, och "konstgjorda muskler" i nanoelektromekaniska enheter, funktionella molekyler kommer sannolikt att spela en primär roll.

Rotaxaner, en familj av sådana molekyler, är små, mekaniskt sammankopplade strukturer som består av en hantelformad molekyl vars stavsektion omges av en ring. Dessa strukturer beter sig som molekylära "maskiner, "med ringen som rör sig längs staven från en station till en annan när den stimuleras av en kemisk reaktion, ljus eller surhet.

För att inse potentialen hos dessa molekylära maskiner, dock, det är nödvändigt att förstå och mäta deras funktion på nanoskala. Tidigare metoder för att observera deras funktion har involverat kemiska mätningar i lösning och studera samlingar av dem fästa på ytor, men ingen av dem har gett en korrekt bild av deras funktion i miljöer som är relevanta för molekylära enheters drift.

Nu, ett tvärvetenskapligt team av forskare från UCLA, Northwestern University, UC Merced, Pennsylvania State University och Japan har lyckats observera singelmolekylinteraktioner av bistabila rotaxaner som fungerar i sin naturliga miljö.

Teamets resultat publiceras i den aktuella upplagan av tidskriften ACS Nano .

Leds av Paul Weiss från UCLA och Fraser Stoddart från Northwestern University, teamet utvecklade en molekylär design som fast fäste rotaxaner till en yta, gör det möjligt för dem att individuellt undersökas i sin ursprungliga miljö med ett scanning tunneling microscope (STM). Genom att använda denna teknik, forskarna kunde registrera stationsförändringar av rotaxanernas ringar längs deras stavar som svar på elektrokemiska signaler.

Tidigare, rotaxaner var tvungna att grupperas för studier på grund av deras rörlighet och flexibilitet när de fästes på ytor. Och eftersom STM-instrument använder en atomärt tunn spets för att känna av ytor i nanoskala - på ungefär samma sätt som en blind person läser punktskrift - gjorde rotaxanernas flexibla natur det svårt att studera dem individuellt. Forskargruppens molekylära design, dock, hjälpte till att avsevärt minska denna flexibilitet.

STM som utvecklats av teamet möjliggör mycket mer detaljerade studier av molekylära maskiner, leder till större förståelse för hur de interagerar med sina grannar och hur de kan fungera tillsammans i nanoelektromekaniska enheter.