Om du kör en nanobil på öppen väg, saker och ting kommer att bli klibbiga.

Forskare från Rice University som utvecklade de första nanobilarna och kollegor vid North Carolina State University fann i de senaste testerna att köra sina fordon under omgivande förhållanden - utsatta för öppen luft, snarare än ett vakuum – blev knäpp efter en tid eftersom de hydrofoba enmolekylära bilarna fastnade på "vägen" och skapade vad som motsvarade stora farthinder.

Fynden rapporterades i American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry C .

Verket av Rice kemisten James Tour, NC State analytiska kemist Gufeng Wang och deras kollegor kom när Rice förbereder sig för att delta i det första NanoCar Race i Toulouse, Frankrike, i oktober. Risforskare ingår i ett av fem internationella team som planerar att delta i tävlingen.

Precis som i makrovärlden, körförhållandena är viktiga för att flytta nanobilar. Även om loppet kommer att köras i ett ultrakallt vakuum, Rice-forskarna ansåg att det var klokt att studera hur deras senaste modell av nanobilar skulle klara sig i en mer naturlig miljö.

"Vårt långsiktiga mål är att tillverka nanomaskiner som fungerar i omgivande miljöer, Tour sa. "Det är då de kommer att visa potential att bli användbara verktyg för medicin och bottom-up-tillverkning."

Den senaste generationen av Rice nanobilar har adamantanhjul som är lätt hydrofoba (vattenavvisande). Tour sa att viss hydrofobicitet är viktig för att hålla nanobilarna fästa på en yta, men om däcken är för hydrofoba, bilarna kan bli permanent immobiliserade. Det beror på att hydrofoba saker tenderar att hålla ihop för att minimera mängden ytarea som är i kontakt med vatten. Saker som är hydrofila, eller vattenliknande, är mer mottagliga för att flyta fritt i vatten, sa Tour.

I de senaste Rice-testerna med de nya däcken, nanobilarna placerades på ytor som antingen var rent glas eller glas belagda med polymeren polyetylenglykol (PEG). Glas är det mest använda substratet inom nanobilsforskning. Tour sa att de PEG-belagda glasskivorna användes för deras antifouling – nonsticky – egenskaper, medan de rena glasskivorna behandlades med väteperoxid så att de hydrofoba hjulen inte skulle fastna.

Han sa att bilarna inte kördes så mycket som att de genomgick "riktad diffusion" i testerna. Punkten, han sa, var att etablera kinetiken för nanobilsrörelser och förstå den potentiella energiytans interaktion mellan bilen och ytan över tiden.

"Vi vill veta vad som gör att en nanobil "slår i bromsen" och hur mycket extern energi vi behöver använda för att få igång den igen, " han sa.

Forskarna lät sina bilar köra fritt på en fast yta exponerad för luften och spårade deras rörelser med spännande inbäddade fluorescerande taggar.

Bilarna som rörde sig via Brownsk diffusion saktade ner under de 24 timmar som rutschbanorna var under observation. Tour nämnda bilder absorberade molekyler från luften; när fler och fler av dessa molekyler fastnade på ytan, objektglasen blir gradvis mer "smutsiga" under hela experimentet. Varje nanobil är en singel, komplex molekyl som bara innehåller några hundra atomer, så alla andra molekyler de möter på vägbanan är enorma hinder som fungerar som klibbigt skum. Varje kollision med ett av dessa hinder gör att nanobilen saktar ner, och så småningom fastnar bilarna permanent.

Wang sa att ur ett energiperspektiv – det vill säga, det energiska förhållandet mellan de molekylära bilarna och de som utgör vägen – molekyler som adsorberas från luft genererar många potentiella energikällor, precis som pölar på den potentiella energiytan. Dessa pölar kan sakta ner eller permanent fånga nanobilarna.

Tester visade att nästan dubbelt så många av bilarna verkade röra sig på de icke-stickande PEG-rutschbanorna, och alla rörde sig lite snabbare än de på det bara glaset.

Forskarna noterade att de inte kunde se de nya modellerna med skannande tunnelmikroskop eftersom de bara fungerar i ett vakuum och de avger energi som kan påverka bilarnas rörelse. Av denna anledning, forskarna märkte varje nanobil med en fluorescerande markör och använde konfokalmikroskop för att spåra bilarnas rörelser.