这种纳米潜艇的最高移动速度略低于每秒25厘米,听起来不特别快,但是在分子尺度上看,这堪称是高速度了。托尔说,“这是在溶液中移动最快的分子。”
这艘潜艇必须在紫外光下才能移动,紫外光照射潜艇尾部的“马达”(分子式图中所示处),提供动力,推动潜艇在液体中移动,动作类似于细菌抖动鞭毛而前进。
马达“旋转”的工作原理是这样的:受到紫外光的激发,其转子的双键变成一个单键,完成四分之一的旋转,马达同时返回较低能量状态;它随即跳向邻近的原子,再完成四分之一的旋转。只要有光照射,这个过程就会重复下去。而每完成一次旋转,潜艇能向前移动18纳米。马达运行时超过每分钟一百万转,积累成可观的速度。纳米潜艇就这样靠着尾部推进器前进前进。
许多科学家在过去几年中研究、创造了不少微型马达,但多数使用(或产生)一些有毒的化学物质。托尔说,一个荷兰团队设计的马达被证明适合于莱斯潜艇的使用。该马达需要一个20步的化学合成过程来制备。
这次在研制纳米潜艇的过程中,团队还尝试了多种结构进行比较试验,包括配备减速马达,或往返桨马达的潜艇,以及不带马达的潜艇,最后选定了目前的结构。
莱斯大学的研究表明了分子马达足够强大,能驱动纳米潜艇通过溶液。但是科学家们还不能对其实施操纵。论文的主要作者、莱斯毕业生维克特·加西亚表示,“第一步,我们证明了这个概念。现在需要寻找机会,探索潜在的应用。”他们希望有朝一日纳米潜艇能用来在液体中携带药物这样的小东西。
托尔团队有着丰富的分子机械经验。十多年前,他的实验室就向世界介绍了纳米小汽车,这是一种单分子车,带4个滚轮、车轴和独立悬挂,可以在一个表面上“驱动”。
“当时我们使用扫描隧道显微镜和荧光显微镜,来观察我们的汽车。但这次不行,这些设备不适合于观察我们的纳米潜艇,”托尔说。“它们很快就驶出视野了。” 稼正