Nanotecnologie: creato un motore elettrico da un solo nanometro!

Gadget e Hi-Tech     Autore: Thomas Zaffino Aggiungi un commento

Secondo il Guiness dei Primati, il motore elettrico più piccolo al mondo aveva una dimensione di 200 nanometri, almeno fino a qualche giorno fa. Un gruppo di ricercatori della Tufts University ha infatti realizzato un motore elettrico molecolare delle dimensioni di 1 nanometro. Si tratta di un traguardo incredibile, soprattutto pensando alle svariate applicazioni che possono conseguirne in campo medico, soprattutto.

Il gruppo di ricerca, capitanato da Charlie Sykes, professore associato alla Tufts University, ha sviluppato il primo motore elettrico molecolare (una sola molecola). I risultati dell’esperimento sono stati pubblicati su Nature Nanotechnology, rivista scientifica di fama mondiale.

 

Prof. Charles Sykes

Il Prof. Charles Sikes, team leader del gruppo di ricercatori della Tufts University
che hanno creato il motore molecolare più piccolo al mondo.

 

L’importante traguardo, reso possibile dall’uso di un microscopio a scansione per effetto tunnel (STM) a bassa temperatura, è il primo passo verso una nuova tipologia di tecnologie che potrebbe essere impiegata in diversi settori, dalla medicina all’ingegneria. «Siamo entusiasti di aver dimostrato che è possibile fornire energia elettrica ad una singola molecola per farle compiere un’operazione non casuale», ha spiegato il prof Charles Sykes.

I motori molecolari non sono una novità assoluta, benché finora pilotati dalla luce e da prodotti chimici. Un motore molecolare alimentato da energia elettrica presenta vantaggi significativi rispetto a quelli “tradizionali”, spiega Sykes, poiché per alimentarli con prodotti chimici, i ricercatori sono costretti ad aggiungerli in un recipiente contenente migliaia di miliardi di molecole, limitando il campo delle possibili applicazioni. In maniera analoga, l’uso della luce come sorgente energetica crea varie difficoltà, poiché il raggio, anche se ben focalizzato, colpisce numerose molecole insieme. «Con un microscopio a scansione per effetto tunnel, possiamo raggiungere una molecola, misurarla e farla ruotare nel miglior modo possibile»”, affermato Sykes.

Il motore molecolare
Nel grafico, in arancione è indicata la superficie di rame sulla quale si adagia
il motore molecolare. La sfera gialla è la base di zolfo, mentre i due bracci
del motore sono composti da atomi di carbonio e idrogeno. La sorgente
elettrica è rappresentata dalla punta di un microscopio a scansione
a effetto tunnel, che usa l’energia elettrica per orientare la rotazione
della molecola in una determinata direzione.

 

I ricercatori della Tufts University hanno impiegato la punta metallica di un microscopio per fornire una carica elettrica ad una molecola di metil-butil-solfuro adagiata su una superficie in rame. La molecola è costituita da un atomo di zolfo, al centro, e da atomi di carbonio che s’irradiano all’esterno formando due bracci, quattro da una parte ed uno dall’altra. I ricercatori sostengono che le braccia agiscono a mo’ di ingranaggi: quando la molecola viene alimentata, possono ruotare o far girare altre molecole in sequenza.

Anche se l’utilizzo in applicazioni pratiche è per il momento un miraggio, i ricercatori ritengono che questo tipo di motore molecolare possa essere usato, in futuro, all’interno di dispositivi medici, dotati di piccoli tubi, per eseguire test e rilevazioni. «Con dimensioni così ridotte, l’attrito del fluido con le pareti dei tubi aumenta. Ricoprire le pareti dei tubi con motori molecolari potrebbe aiutare ad orientare i fluidi lungo il percorso tubolare», ha dichiarato Sykes. I motori elettrici potrebbero essere adoperati anche all’interno di sistemi elettromeccanici in scala nanometrica (NEMS). Ad esempio, accoppiando il movimento molecolare con segnali elettrici, i ricercatori potrebbero realizzare linee e sensori in nanoscala.

 

Immagine anteprima YouTube
I risultati dell’esperimento spiegati all’interno di un video pubblicato su Youtube.

 

Il prosieguo della ricerca consiste ora nell’eseguire altri test per scoprire il range di temperatura nel quale i motori molecolari possono operare. Per la realizzazione dell’esperimento alla Tuft University, la temperatura attorno al motore molecolare è stata portata a -268 gradi Celsius, cosa necessaria poiché, mentre le temperature salgono, il motore tende a ruotare con velocità superiori a ciò che i ricercatori sono in grado di misurare. Già alla temperatura di -173 gradi Celsius, infatti, il motore molecolare ruota con una frequenza di oltre un milione di volte al secondo.

Applicando una temperatura bassa, come quella scelta dal gruppo di ricerca, la frequenza di rotazione è stata di circa 50 giri al secondo. Per dimostrare che il motore fosse pilotato dall’elettricità, e che i movimenti non fossero casuali, il gruppo di Sykes ha dovuto tracciare tutte le rotazioni. «Per ciascun punto sulla carta, abbiamo contato all’incirca 5.000 rotazioni. Abbiamo raccolto dati per 5 minuti, la cui analisi richiede almeno una settimana

I ricercatori proveranno ora ad usare differenti molecole, fonti di energia e modi per fissare le molecole alle superfici, con l’obiettivo di «capire le interazioni e migliorare il movimento» Sykes e i propri colleghi studieranno inoltre come trasferire l’energia ad altre molecole e realizzare insiemi di piccoli ingranaggi su una superficie.

 

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