Molekylära maskiner kan i framtiden användas för att kontrollera viktiga mekanismer i kroppen. I en färsk studie, forskare vid University of California, Berkeley och Umeå universitet visar hur en nanoballong som består av en enda kolmolekyl tiotusen gånger tunnare än ett människohår kan kontrolleras elektrostatiskt för att växla mellan ett uppblåst och ett kollapsat tillstånd.

I flexibla ballongdon används vanligen för makroskopiska applikationer för att lyfta byggnader, som stötskydd i bilar eller för att vidga smala eller blockerade artärer eller vener. I mikroskalan används de som mikropumpar och i naturen skapar hoppspindlar mikroformat vätskefyllda kuddar för att driva benen i explosiva hopp.

Intressant, på nanoskala, ballongmanövreringsorgan är praktiskt taget okända. Dock, för några år sedan föreslog forskare vid Penn State University teoretiskt en laddningsstyrd nanoballongaktuator baserad på kollaps och återinfektion av ett kolnanorör.

Nu, detta har experimenterats av Hamid Reza Barzegar och hans kollegor. I en studie publicerad i tidskriften Nano bokstäver de visar hur en kolnanorör, som kan visualiseras som ett cylindriskt rör med kolatomer, kan styras för att omvandlas från ett kollapsat till ett uppblåst tillstånd och vice versa genom att applicera en liten spänning. Kolnanorörens defektfria natur innebär att ett sådant ställdon skulle kunna fungera utan slitage eller trötthet. Detta visar också forskarna som kör ställdonet under flera cykler utan tecken på prestationsförlust.

"Arbetet är konceptuellt intressant och ger inblick i komplexiteten i hur man kontrollerar rörelse i nanoskala genom yttre stimuli" säger Hamid Reza Barzegar, doktor i fysik vid Umeå universitet, arbetar nu vid UC Berkeley i professor Alex Zettls forskargrupp. "Det ger också inblick i grundläggande fysik, till exempel hur kapacitanseffekten och i allmänhet de elektrostatiska krafterna kan användas för att styra dynamiken i molekylära strukturer."

"I ett längre perspektiv kan man också föreställa sig hur våra resultat kan användas för pneumatisk kontroll på molekylär nivå eller för att designa molekylära behållare som kan öppna eller stänga genom att styra molekylernas ytladdningar, genom att till exempel justera pH -värdet för lösningen i vilken molekylerna är dispergerade. Detta kan till exempel vara till nytta för medicinska applikationer som att leverera medicin till inre organ eller tumörer, säger Thomas Wågberg, docent i fysik vid Umeå universitet.

Upptäckten av molekylära maskiner tilldelades årets Nobelpris i kemi. Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart och Bernard L Feringa fick priset för att ha utvecklat molekyler med kontrollerbara rörelser, som kan utföra en uppgift när energi tillförs.