Ett team av forskare från Ohio University, Argonne National Laboratory, Universitié de Toulouse i Frankrike och Nara Institute of Science and Technology i Japan under ledning av Ohio professor i fysik Saw-Wai Hla och prof. Gwenael Rapenne från Toulouse utvecklade en molekylär propeller som möjliggör enriktade rotationer på en materialyta när den får energi.

I naturen, molekylpropeller är avgörande för många biologiska tillämpningar, allt från simmande bakterier till intracellulär transport, men syntetiska molekylära propellrar, som det som har utvecklats, kan arbeta i hårdare miljöer och under en exakt kontroll. Denna nya utveckling är en flerkomponent molekylär propeller speciellt utformad för att fungera på fasta ytor. Denna lilla propeller består av tre komponenter; en spärrformad molekylväxel som bas, en trebladig propeller, och en ruteniumatom som fungerar som ett atomkullager som förbinder de två. Propellerns storlek är bara cirka 2 nanometer (nm) bred och 1 nm hög.

"Det som är speciellt med vår propeller är dess flerkomponentdesign som blir kiral på guldkristallytan, dvs den bildar höger- eller vänsterlutade växlar, "sa Hla." Denna kiralitet dikterar rotationsriktningen när den aktiveras. "

Hla och hans team har också kunnat manipulera och spela in molekylens stegvisa rotationer mekaniskt. Detta gör att de kan förstå detaljrörelserna på en enda molekylnivå, möjliggör en direkt visualisering av de enskilda molekylära propellernas rotation från bilder som erhållits vid varje rotationssteg.

Rotationen sker av ett applicerat elektriskt fält, genom överföring av elektronenergi eller med mekanisk kraft med en skanningstunnelmikroskopspets. Genom denna kraftförsörjning forskare kan styra rotationen och stänga av propellern genom att neka den någon energi.

Även om den molekylära propellern som utvecklats här är att undersöka den grundläggande förståelsen av dess funktion, sådana molekylära propellrar kan hitta potentiella tillämpningar från katalysatorer till medicin.

Molekylära maskiner har nyligen blivit ett trendämne inom nanoteknik, med intresse för detta forskningsområde stiger när Nobelpriset i kemi 2016 delades ut för "design och syntes av molekylära maskiner."

Hlas papper "En kiral molekylär propeller avsedd för enriktade rotationer på en yta" har publicerats i Naturkommunikation .