Вода оказалась идеальной смазкой для наномашин
Исследователями из Голландии было обнаружено, что машины, размер которых равен одной молекуле, могут передвигаться более быстро при использовании материала для облегчения трения. Удивительно, но самым лучшим лубрикантом стала вода. Химический научный журнал Nature Chemistry опубликовал это исследование в сентябрьском номере.
Учеными, представляющими Университет Амстердама, было проведено определение скорости функционирования двух наномашин. Эти молекулярные машины были созданы искусственным путем при помощи нанотехнологий. Исследователями были изучены молекулярные колеса, молекулярный двигатель. Оба устройства сформированы из нескольких десятков атомов.
Для своего эксперимента физики воспользовались методом ядерного спинового резонанса, сверхбыстрыми лазерами. Молекулярные машины были растворены в ацетонитриле, это органический растворитель. Было подмечено, что с добавлением незначительного количества воды скорость движения экспериментальных машин изменилась. Три процента воды оказались достаточными для увеличения вдвое скорости движения.
При разбавлении раствора с помощью водных аналогов был получен также положительный результат, однако полезный эффект был меньшим по сравнению с первым вариантом. Добавление бутанола, характеристики которого сходны со свойствами воды и смазочного масла, замедлило ход наномашин.
Хотя все еще не выяснены полностью причины того, почему вода представляет самый хороший смазочный материал для молекулярных машин. По предположениям исследователей, смазочный эффект относится к водородным (слабым) связям между атомными группами. Чтобы машина смогла двинуться, нужно временное разрушение водородной связи. Но осуществить это действие сложно. В большинстве случаев, происходит быстрое соединение половинок разрушенных связей, что является препятствием для начала движения молекулярной машины. При взаимодействии с молекулами воды осуществляется формирование этими двумя половинами новых водородных связей. Движущие части машин остаются на какое-то время без водородной связи, происходит уменьшение внутреннего трения, как результат, увеличение скорости движения.
Открытие было случайным. Исследование начали, когда ученые увидели, что остаток воды в растворителе влияет на скорость движения молекулярных моторов. Если пробирка, в которой находится раствор, часто открывается, то туда начинает попадать и растворяться незначительное количество воды из воздуха. Разные пробирки имели разный объем воды. Если воды было больше, то и эффект получался сильнее.
