Một chiếc “xe hơi bốn bánh” chưa tới một phần tỉ chiều dài của một chiếc SUV trung bình vừa được chế tạo và cho hoạt động bởi các nhà nghiên cứu ở Hà Lan và Thụy Sĩ. Cỗ máy phân tử trên dài khoảng 1 nm và sử dụng các electron làm nhiên liệu khi nó đi trên một bề mặt đồng. Dụng cụ nhỏ xíu trên có thể ứng dụng trong các thiết bị rô bôt cỡ nano mét hoặc làm những bộ vận chuyển nhỏ xíu làm dịch chuyển các phân tử.
Các cỗ máy phân tử là phổ biến trong tự nhiên. Động cơ protein, chẳng hạn, có thể chuyển động dọc theo một bề mặt để chuyển vận hàng hóa cỡ phân tử và thường được dùng để xây dựng các cấu trúc bên trong tế bào sống. Các nhà khoa học muốn chế tạo những động protein theo phiên bản của riêng họ, và thật ra họ đã thiết kế và minh chứng những phân tử có thể chuyển động trên những bề mặt. Nhưng những phân tử này chủ yếu là thụ động: để đảm bảo chúng chuyển động theo một hướng nhất định, chúng phải bị hút hoặc bị đẩy.
Nay Ben Feringa thuộc trường Đại học Groningen và các đồng sự vừa chứng minh một chiếc xe phân tử đơn lẻ thật sự chủ động. Xây dựng trên một giàn khung hữu cơ gốc carbon, nó có bốn “bánh xe” hay những bộ phận quay, nối với phần thân qua những liên kết đôi carbon-carbon. Khi đầu nhọn của một kính hiển vi điện tử quét chui hầm gần đó chiếu electron vào những liên kết này, chúng phá vỡ và hình thành lại theo kiểu khác. Quá trình này được gọi là đồng phân hóa và làm cho các bánh xe quay, và chiếc xe di chuyển về phía trước.
Ảnh minh họa động cơ phân tử (màu đen) trên bề mặt đồng (vàng). (Ảnh: Nature)
Lái bởi sự đối xứng
Feringa và các đồng sự có thể làm cho chiếc xe phân tử của họ chuyển động theo hai kiểu, bằng cách điều chỉnh sự đối xứng hay “tính thuận” của các phần động cơ. Ở một kiểu, chiếc xe chuyển động theo một đường đi ngẫu nhiên, cái đã thực hiện trước đó với những cỗ máy phân tử chủ động. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu còn có thể làm cho chiếc xe lái đi theo một đường gần như thẳng.
“Theo quan điểm của tôi, bước quan trọng là chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể đẩy một phân tử đơn lẻ đi trên một bề mặt và điều khiển được hướng chuyển động”, Feringa nói. “Đây chính là cái xảy ra với các động cơ nano protein ‘thả bộ’ theo những sợi nhỏ với sự điều khiển hướng”.
‘Cột mốc’ quan trọng
Ludwig Bartels tại trường Đại học California ở Riverside, Mĩ, đồng ý rằng khả năng điều khiển hướng là một bước tiến bộ quan trọng. “Công trình này là một cột mốc hướng đến sự vận chuyển có điều khiển các loại phân tử trên các bề mặt” ông nói. “Nhưng vẫn cần nghiên cứu thêm – quan trọng nhất là cần thay thế nguồn năng lượng từ đầu nhọn của kính hiển vi chui hầm (cái thoạt đầu chỉ kéo phân tử theo, cho dù bản chất của nó là gì), và đạt tới chuyển động dự tính của các liên kết bề mặt sao cho chuyển động trở nên thật sự thẳng”.
James Tour thuộc trường Đại học Rice ở Texas, Mĩ, nghĩ rằng minh chứng trên mang các nhà khoa học đến gần hơn với mục tiêu sử dụng các cỗ máy phân tử tổng hợp để lắp ráp các cấu trúc, có phần giống với cái các enzyme làm bên trong cơ thể. “Đây là một cột mốc quan trọng và cơ bản trong cuộc truy tìm những cỗ máy nano một ngày nào đó sẽ làm công việc hữu ích”, ông nói.
Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature 479 208.
Nguồn: physicworld.com
