Las moléculas que se posan en la 'calzada' de los nanocoches actúan como baches. Fuente: Universidad Rice/NC State University.
Investigadores de la Universidad Rice (Houston), que desarrollaron los primeros nanocoches, y colegas de la North Carolina State University (ambas de EE.UU.), han descubierto en pruebas recientes que conducir sus vehículos en condiciones ambientales -expuestos a aire, en lugar de al vacío- se puso peligroso después de un tiempo porque los coches hidrófobos, de una sola molécula, se pegaban al "camino" y creaban el equivalente a grandes obstáculos.
Los resultados se han publicado en la revista Journal of Physical Chemistry C, de la Sociedad Química Americana, informa la Universidad de Rice en una nota.
El trabajo del químico de Rice James Tour, el químico analítico de NC State Gufeng Wang, y sus colegas, se produjo mientras Rice se prepara para participar en la primera Carrera de Nanocoches en Toulouse (Francia), en octubre. Los investigadores de Rice son miembros de uno de los cinco equipos internacionales que planean participar en el concurso.
Al igual que en el mundo macro, las condiciones de conducción son importantes para los nanocoches en movimiento. Aunque la carrera se llevará a cabo en un vacío ultra-frío, los investigadores de Rice pensaron que era adecuado estudiar cómo le iría a su último modelo de nanocoche en un entorno más natural.
"Nuestro objetivo a largo plazo es hacer nanomáquinas que operen en entornos ambientales", dice Tour. "Ahí es cuándo van a mostrar potencial para convertirse en herramientas útiles para la medicina y la producción de abajo arriba ".
La nueva generación de nanoches de Rice cuenta con ruedas de adamantano que son ligeramente hidrófobas (repelentes al agua). James Tour dice que cierta hidrofobicidad es importante para ayudar a mantener los nanocoches unidos a una superficie, pero si los neumáticos son demasiado hidrófobos, los coches podrían llegar a inmovilizarse de forma permanente. Eso es porque las cosas hidrofóbicas tienden a pegarse para reducir al mínimo la cantidad de superficie que está en contacto con el agua. Las cosas que son hidrófilas -que les gusta el agua-, son más susceptibles de flotar libremente en el agua, dice Tour.
Los resultados se han publicado en la revista Journal of Physical Chemistry C, de la Sociedad Química Americana, informa la Universidad de Rice en una nota.
El trabajo del químico de Rice James Tour, el químico analítico de NC State Gufeng Wang, y sus colegas, se produjo mientras Rice se prepara para participar en la primera Carrera de Nanocoches en Toulouse (Francia), en octubre. Los investigadores de Rice son miembros de uno de los cinco equipos internacionales que planean participar en el concurso.
Al igual que en el mundo macro, las condiciones de conducción son importantes para los nanocoches en movimiento. Aunque la carrera se llevará a cabo en un vacío ultra-frío, los investigadores de Rice pensaron que era adecuado estudiar cómo le iría a su último modelo de nanocoche en un entorno más natural.
"Nuestro objetivo a largo plazo es hacer nanomáquinas que operen en entornos ambientales", dice Tour. "Ahí es cuándo van a mostrar potencial para convertirse en herramientas útiles para la medicina y la producción de abajo arriba ".
La nueva generación de nanoches de Rice cuenta con ruedas de adamantano que son ligeramente hidrófobas (repelentes al agua). James Tour dice que cierta hidrofobicidad es importante para ayudar a mantener los nanocoches unidos a una superficie, pero si los neumáticos son demasiado hidrófobos, los coches podrían llegar a inmovilizarse de forma permanente. Eso es porque las cosas hidrofóbicas tienden a pegarse para reducir al mínimo la cantidad de superficie que está en contacto con el agua. Las cosas que son hidrófilas -que les gusta el agua-, son más susceptibles de flotar libremente en el agua, dice Tour.
Pruebas
En las últimas pruebas de Rice con los nuevos neumáticos, los nanocoches se colocaron en superficies que eran ya de vidrio limpio ya de vidrio recubierto con el polímero polietilenglicol (PEG). El vidrio es el sustrato más frecuentemente utilizado en la investigación de nanocoches.
Tour diceque los portaobjetos de vidrio recubiertos con PEG fueron utilizados por sus propiedades anti-incrustantes -no pegajosas-, mientras que los portaobjetos de vidrio limpio se trataron con peróxido de hidrógeno para que las ruedas hidrofóbicas no se pegaran.
El químico dice que los coches no eran conducidos en las pruebas, sino que se movían por difusión browniana dirigida. El punto, dijo, era establecer la cinética de movimiento del nanocoche y entender la superficie de energía potencial entre el coche y la superficie a lo largo del tiempo.
"Queremos saber qué hace que un nanocoche pise el freno y la cantidad de energía externa que tenemos que aplicar para ponerlo de nuevo en marcha", dice.
Los investigadores dejaron sus coches corren libremente sobre una superficie sólida expuesta al aire y siguieron sus movimientos mediante etiquetas fluorescentes integradas.
Los coches que se movían a través por difusión browniano se frenaron durante las 24 horas que estuvieron bajo observación los portaobjetos. Tour dice que los portaobjetos absorbían moléculas del aire, y a medida que más y más de estas moléculas se pegaban a la superficie, los portaobjetos se volvían progresivamente más "sucios" durante todo el experimento.
Cada nanocoche es una sola molécula compleja que contiene sólo unos cientos de átomos, por lo que cualesquiera otras moléculas que se encuentren en la calzada son enormes obstáculos que actúan como espuma pegajosa. Cada colisión con uno de estos obstáculos hace que el nanocoche se frene, y, finalmente, los coches se pegan de forma permanente.
Wang dice que, desde un punto de vista energético -es decir, la relación energética entre los coches moleculares y las moléculas que componen la carretera- las moléculas adsorbidas del aire generan muchos pozos de energía potencial, como si fueran charcos en la superficie de energía potencial. Estos charcos pueden retrasar o atrapar permanentemente a los nanocoches.
Las pruebas mostraron que casi el doble de coches parecían moverse en los portaobjetos de PEG -no pegajoso-, y todos se movían un poco más rápido que los del vidrio limpio.
Los investigadores observaron que no podían ver los nuevos modelos con los microscopios de efecto túnel, porque éstos solo funcionan en el vacío y emiten energía que podría influir en el movimiento de los coches. Por esta razón, los investigadores marcaron cada nanocoche con un marcador fluorescente y utilizaron microscopios confocales para rastrear los movimientos de los coches.
En las últimas pruebas de Rice con los nuevos neumáticos, los nanocoches se colocaron en superficies que eran ya de vidrio limpio ya de vidrio recubierto con el polímero polietilenglicol (PEG). El vidrio es el sustrato más frecuentemente utilizado en la investigación de nanocoches.
Tour diceque los portaobjetos de vidrio recubiertos con PEG fueron utilizados por sus propiedades anti-incrustantes -no pegajosas-, mientras que los portaobjetos de vidrio limpio se trataron con peróxido de hidrógeno para que las ruedas hidrofóbicas no se pegaran.
El químico dice que los coches no eran conducidos en las pruebas, sino que se movían por difusión browniana dirigida. El punto, dijo, era establecer la cinética de movimiento del nanocoche y entender la superficie de energía potencial entre el coche y la superficie a lo largo del tiempo.
"Queremos saber qué hace que un nanocoche pise el freno y la cantidad de energía externa que tenemos que aplicar para ponerlo de nuevo en marcha", dice.
Los investigadores dejaron sus coches corren libremente sobre una superficie sólida expuesta al aire y siguieron sus movimientos mediante etiquetas fluorescentes integradas.
Los coches que se movían a través por difusión browniano se frenaron durante las 24 horas que estuvieron bajo observación los portaobjetos. Tour dice que los portaobjetos absorbían moléculas del aire, y a medida que más y más de estas moléculas se pegaban a la superficie, los portaobjetos se volvían progresivamente más "sucios" durante todo el experimento.
Cada nanocoche es una sola molécula compleja que contiene sólo unos cientos de átomos, por lo que cualesquiera otras moléculas que se encuentren en la calzada son enormes obstáculos que actúan como espuma pegajosa. Cada colisión con uno de estos obstáculos hace que el nanocoche se frene, y, finalmente, los coches se pegan de forma permanente.
Wang dice que, desde un punto de vista energético -es decir, la relación energética entre los coches moleculares y las moléculas que componen la carretera- las moléculas adsorbidas del aire generan muchos pozos de energía potencial, como si fueran charcos en la superficie de energía potencial. Estos charcos pueden retrasar o atrapar permanentemente a los nanocoches.
Las pruebas mostraron que casi el doble de coches parecían moverse en los portaobjetos de PEG -no pegajoso-, y todos se movían un poco más rápido que los del vidrio limpio.
Los investigadores observaron que no podían ver los nuevos modelos con los microscopios de efecto túnel, porque éstos solo funcionan en el vacío y emiten energía que podría influir en el movimiento de los coches. Por esta razón, los investigadores marcaron cada nanocoche con un marcador fluorescente y utilizaron microscopios confocales para rastrear los movimientos de los coches.
Referencia bibliográfica:
Fang Chen, Víctor García-López, Tao Jin, Bhanu Neupane, Pin-Lei E. Chu, James Tour, Gufeng Wang: Moving Kinetics of Nanocars with Hydrophobic Wheels on Solid Surfaces at Ambient Conditions. The Journal of Physical Chemistry C (2016). DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b01249.
Fang Chen, Víctor García-López, Tao Jin, Bhanu Neupane, Pin-Lei E. Chu, James Tour, Gufeng Wang: Moving Kinetics of Nanocars with Hydrophobic Wheels on Solid Surfaces at Ambient Conditions. The Journal of Physical Chemistry C (2016). DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b01249.