虽然它们还没有准备好登上lá的“奇妙航行”，但莱斯大学制造的纳米级潜艇正在证明自己的适航性。

在赖斯大学化学家詹姆斯·图尔的实验室里，每一个由244个原子组成的单分子潜水器都有一个由紫外线驱动的马达。随着每一次完整的旋转，发动机的尾部螺旋桨将潜艇向前推进18纳米。

由于发动机的转速超过100万转，这就转化为速度。虽然潜艇的最高速度不到每秒1英寸，但图尔表示，在分子尺度上，这是一个危险的速度。

“这是我们在溶液中见过的移动速度最快的分子，”他说。

研究人员本月在《美国化学学会杂志》上发表了一篇文章，以一种不同的方式表达了这一观点纳米快报他们的光驱动纳米潜水器显示了26%的“扩散增强”。这意味着，由于布朗运动(粒子在溶液中随机扩散的方式)，子粒子扩散或扩散的速度比它们已经扩散的速度快得多。

虽然它们还不能被操纵，但这项研究证明，分子马达足够强大，可以驱动亚10纳米的潜艇通过大约相同大小的运动分子溶液。

图尔说:“这就像一个人走过一个篮球场，有1000人向他扔篮球。”

图尔的团队在分子机器方面有丰富的经验。十年前，他的实验室向世界介绍了纳米汽车，这是一种单分子汽车，有四个轮子、车轴和独立的悬架，可以在表面上“驾驶”。

图尔说，多年来，许多科学家已经发明了带有马达的微型机器，但大多数都使用或产生了有毒化学物质。他说，由荷兰的一个小组在过去十年中构想出来的一种马达被证明适合赖斯的潜水器，这种潜水器的生产需要20个步骤的化学合成。

“这些电机是众所周知的，用于不同的事情，”主要作者和莱斯研究生维克多García-López说。“但我们是第一个提出可以用它们来驱动纳米汽车的人，现在是潜水器。”

这些马达的运作更像是细菌的鞭毛，而不是螺旋桨，每转一圈需要四个步骤。当被光激发时，将转子固定在机体上的双键变成单键，使其旋转四分之一步。当电机试图回到一个较低的能量状态时，它会跳过相邻的原子再转四分之一圈。只要灯亮着，这个过程就会重复。

为了进行对比测试，该实验室还制造了不带电机、慢速电机和来回摆动的电机的潜水器。根据研究人员的说法，所有版本的潜水器都有浮筒，当被激光激发时，浮筒会发出红色荧光。(遗憾的是，黄色不是选择。)

García-López说:“其中一个挑战是在不改变快速旋转的情况下，为电机配备适当的荧光团进行跟踪。”

建造完成后，研究小组请北卡罗莱纳州立大学的王谷峰(Gufeng Wang)来测量纳米潜艇的移动情况。

图尔说:“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行驶，但这对潜水器不起作用。”“他们很快就会失去焦点。”

北卡罗莱纳的研究小组在两张载玻片之间夹了一滴稀释的乙腈液体，其中含有一些纳米粒子，并用定制的共聚焦荧光显微镜分别用紫外线(用于电机)和红色激光(用于浮筒)从两侧照射它。

García-López说，显微镜的激光在溶液中定义了一个光柱，在这个光柱中发生了跟踪。他说:“这样一来，北卡罗来纳州立大学的研究小组就可以保证一次只分析一个分子。”

莱斯大学的研究人员希望未来的纳米潜艇能够携带用于医疗和其他目的的货物。García-López表示:“前进的道路是有的。”“这是第一步，我们已经证明了这个概念。现在我们需要探索机会和潜在的应用。”

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