(PhysOrg.com) - I en nyligen genomförd studie har forskare har undersökt möjligheten att rulla en nanorod på vattenytan. På makroskala, kanske den närmaste analogin kan vara sporten logrolling, där två tävlande försöker balansera längst på en stock medan stocken rullar på vatten. Dock, medan makrologgen rullar på grund av att konkurrenterna går på den, nanoroden skulle rulla genom att bli elektriskt polariserad av en ljusstråle.

Forskarna, Lela Vuković och Petr Král från University of Illinois i Chicago, har utvecklat en modell för en sådan nanorod som rullar på vatten. Med hjälp av molekylära dynamiksimuleringar, forskarna visade hur nanoroder med diametrar på 3-10 nanometer kunde rulla på vatten med translationshastigheter på upp till 5 nanometer per nanosekund. Deras studie publiceras i ett nyligen publicerat nummer av Fysiska granskningsbrev .

"Att flytta nanoobjekt på vätskor kan vara enklare än att flytta makroskopiska föremål på grund av tyngdkraftens irrelevans, ”Berättade Vuković PhysOrg.com . ”Vi är den första gruppen som seriöst undersökte tanken på att rulla nanoroder på luft/vätskegränssnitt. Våra simuleringar av rullande nanoroder bekräftar att man i princip kan använda samma eller liknande principer som naturen använder, där vattenspindlar och till och med några ödlor kan gå på vätskor. ”

För att rulla nanoroden på vatten, forskarna förklarade hur man laddar nanorodens yta med en ljusstråle som lutar i förhållande till vattenytan. Ljuset upphetsar nanorodens kromoforer, som är de delar av molekyler som absorberar fotoner. Då lockas nanorörets polariserade kromoforer till vattenets högpolära molekyler, får nanoroden att rulla. Genom att matcha den tid ljusstrålen når kromoforerna med nanorodernas rotationshastighet, forskarna visade teoretiskt att de borde kunna hålla nanoroden rullande i en jämn takt.

Som forskarna förklarade, nanoroden måste kopplas tillräckligt bra till vattenytan för att drivas med minimal halkning, men inte för mycket så att den blir djupt begravd och måste pressa mycket vatten för att röra sig. För att avgöra hur nanoroden kan rulla mest effektivt, forskarna analyserade kemin vid gränssnittet nanorod-vatten.

I deras modell, forskarna bestämde också att nanoroden skulle kunna dra föremål som fästs vid den när den rullar på vattnet. Denna förmåga kan göra systemet till en möjlig kandidat för transport av nanoskala last på mobilnivå, som kan vara användbar i biologiska tillämpningar, såsom manipulation av stora proteiner.

"Potentiellt, vi kan föreställa oss en rad nanoobjekt som kan synkroniseras på flytande ytor, ”Sa Král. "Dessa objekt kan ha en mängd olika tillämpningar för avkänning, eller materialberedning. Vi kan också använda nanoroderna för att autonomt dra last på vätskeytorna. De kan förbereda små nät som fiskebåtar för nya typer av applikationer. Vi kommer förmodligen att veta mer om de här systemens verkliga kapacitet efter att våra första experiment kommer att göras inom en snar framtid. ”

Copyright 2009 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.