Ученые из Университета Иллинойса в Чикаго (University of Illinois, Chicago) синтезировали с помощью реакций циклического присоединения наноразмерные пропеллеры двух типов, состоящие из углеродных нанотрубок. Объемные пропеллеры содержали по две наклоненных (вследствие наличия двух хиральных центров) относительно оси трубки молекулы пирена, служащие в качестве лопастей. Поверхностные пропеллеры обладали четырьмя ориентированными вдоль оси трубки лопастями из более крупных, чем пирен, молекул. Были получены гидрофильные и гидрофобные молекулы каждого из типов.
Лопасти пропеллеров несут противоположные заряды, поэтому ротор вращается в осциллирующем электрическом поле. Придать вращающий момент пропеллерам можно как электрическими, так и механическими, оптическими и химическими средствами.
Было показано, что эффективность насосов с подобными пропеллерами сильно зависит от размера, формы и сродства лопастей к растворителю, а также от природы растворителя. Эксперименты проводились в полярном (H
2O) и неполярных (дихлорметан, алканы с длиной углеводородной цепи от 5 до 17 атомов) растворителях. В воде скорость вращения гидрофильного ротора уменьшается за счет усиления взаимодействия лопастей с частицами среды. Однако в случае гидрофобных лопастей скорость нагнетания в воде выше, чем в дихлорметане, за счет образования молекулами воды кластеров с помощью водородных связей, что существенно увеличивает эффективную площадь поперечного сечения лопастей по сравнению с их геометрической площадью. Своего максимального значения в ряду n-C
nH
2n+2 скорость накачки достигает в октане.
Исследования скоростей потока воды в зависимости от расстояния до пропеллера показали, что водяные слои нормально движутся (с взаимным проскальзыванием) уже на расстоянии 0.3-0.5 нм от лопастей (длина лопасти ~0.8 нм), а также, что параллельные пропеллеры практически не влияют друг на друга.
Данная технология может найти применение в различных отраслях наноэлектроники, биотехнологии, медицины и химического производства. Так, на ее основе можно создать химический наносенсор, молекулярный сортирующий ротор, насосы, перекачивающие жидкости с молекулярной точностью.
