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単一分子モーターは1秒間に50回回転する――私たちは知っているが、彼らは数えた

単一分子モーターは1秒間に50回回転する――私たちは知っているが、彼らは数えた
単一分子モーターは1秒間に50回回転する――私たちは知っているが、彼らは数えた
タフツ大学サイクス研究所の分子モーター装置の図。銅表面(オレンジ色)、LTSEMチップ(灰色)、メチルスルファニルブタン分子を示し、スピン方向は緑色で示されている。[画像:タフツ大学[

科学インターンの歴史における偉大な伝統に従い、高校生、大学生、大学院生、そしてポスドクの数名が数ヶ月かけて様々なものを数えました。これは目新しいことではありません。インターンは基本的にコーヒーを取りに行き、物を数えるために発明されたのです。しかし、(今や)有名になったインターン、ガイガー、マースデン、そしてミュラーのように、数ヶ月にわたる物の数えは大きな成果をもたらしました。タフツ大学の化学研究者と彼らをサポートするインターンたちのチームが、人類史上最小のモーターの実現可能性を確認したのです。

この電気エンジンの幅はわずか1ナノメートルで、これまでの最小モーターの記録保持者よりも99.5%小さい。

チャールズ・サイクスが考案し、インターン生を含む研究者によってテストされたこのモーターは、ブチルメチルスルフィド(IUPACでは1-メチルスルファニルブタン)と呼ばれる18原子からなる非対称分子1つで構成されています。硫黄原子は2つの炭化水素鎖を持ち、1つは4つの炭素(ブチル)で、もう1つは1つの炭素(メチル)です。

硫黄原子が表面(サイクス氏は銅を使用)に固定され、帯電すると、電気エネルギーが回転エネルギーに変換され、小さな不均一なプロペラが回転を始めます。この回転は、最終的には小規模な医療検査やその他のラボオンチップ用途で用いられるマイクロ流体配管に沿って液体を導くために利用される可能性があります。

そこまでにはまだまだ長い道のりがあります。このエンジンは現在約5ケルビンの温度で動作し、約100台の低温走査型電子顕微鏡の1台から電流が供給されています。さらに興味深いことに、研究者たちはそれがなぜ動作するのかさえ解明していません。分子が固定されている方向によってスピンに異方性が生じると考えられていますが、その原因は様々な要因が考えられます。

しかし、このモーターが実際に機能するという事実は、サイクス氏と彼のチームによって証明されました。モーターの有効性を証明するには、モーターが1秒間に何回回転するかを数える必要があり、高校生を含むインターン生たちは5分間のデータを何週間もかけて分析し続けました。大学進学前の学生にとって、運転免許証さえ取得できれば幸運なことなのに、Nature Nanotechnology誌の署名記事に載るとなると、これはかなり良い方向への道筋と言えるでしょう。皆さん、うまく数えられましたね。ギネス世界記録申請、頑張ってください。

[タフツ大学、New ScienceおよびEngadget経由]

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Otpoo

Health writer and researcher with expertise in evidence-based medicine and healthcare information.