(Phys.org) —Les chercheurs de Columbia Engineering ont développé une technique pour isoler une seule molécule d'eau à l'intérieur d'un buckyball, ou C 60 , et pour entraîner le mouvement de la soi-disant "grande" boule non polaire à travers le "petit" H polaire encapsulé 2 O molécule, un mécanisme de transport de contrôle dans un nanocanal sous un champ électrique externe. Ils s'attendent à ce que cette méthode conduira à un éventail de nouvelles applications, y compris des moyens efficaces de contrôler l'administration de médicaments et d'assembler C 60 -des structures fonctionnelles 3D à l'échelle nanométrique, ainsi que d'élargir notre compréhension des propriétés d'une molécule unique. L'étude a été publiée sous le titre de "Physics Focus" dans le numéro du 12 avril de Lettres d'examen physique .

"Buckyballs, plus formellement connu sous le nom de Buckminsterfullerenes, ou fullerènes, sont sphériques, structures moléculaires creuses constituées de 60 atomes de carbone, avec la taille de ~1 nm-6, 000-8, 000 fois plus petit qu'un globule rouge ordinaire— et, en raison de leur structure très symétrique, noyau très hydrophobe, liaisons non polaires covalentes, et plus important, relativement non toxique pour le corps humain, ils sont un conteneur parfait pour les molécules médicamenteuses, " explique Xi Chen, professeur agrégé de génie de la terre et de l'environnement, qui a dirigé la recherche. Lui et son équipe croient que leur travail est la première tentative de manipuler une molécule non polaire (C 60 ) ou structure par une molécule polaire insérée (H 2 O).

Chen dit que ses découvertes pourraient ouvrir une nouvelle façon de contrôler et de livrer une "grosse" molécule non polaire comme C 60 à travers la "petite" molécule polaire encapsulée comme H 2 O. Cela pourrait conduire à des applications importantes dans les domaines des nanotechnologies et des biotechnologies, y compris l'administration de médicaments où les chercheurs peuvent « emprisonner » les molécules de médicament polaires à l'intérieur d'une structure creuse, puis les guider vers leurs cibles.

Et, d'un point de vue fondamental, il espère que les isolés, molécule unique encapsulée, comme le H 2 quelqu'un dans son bureau, fournira une plate-forme importante pour révéler et sonder les caractéristiques inhérentes d'une seule molécule, libre de son environnement extérieur.

"Le rôle important des liaisons hydrogène dans les propriétés de l'eau, comme la tension superficielle et la viscosité, et les interactions précises entre une seule molécule d'eau et les liaisons hydrogène, ne sont toujours pas clairs, " note Chen, « donc notre nouvelle technique pour isoler une seule molécule d'eau exempte de toute liaison hydrogène offre une opportunité de répondre à ces questions. »

Depuis la découverte de C 60 Dans les années 1980, les scientifiques ont essayé de résoudre le défi de contrôler un seul C 60 . Plusieurs stratégies mécaniques impliquant l'AFM (microscopie à force atomique) ont été développées, mais celles-ci sont coûteuses et chronophages. La capacité de conduire un seul C 60 par un simple champ de force externe, tel qu'un champ électrique ou magnétique, serait un grand pas en avant.

Dans l'étude Columbia Engineering, les chercheurs ont découvert que, quand ils ont encapsulé une molécule polaire dans un fullerène non polaire, ils pourraient utiliser un champ électrique externe pour transporter les structures molécule@fullerène vers les positions souhaitées et ajuster la vitesse de transport de sorte que la direction et le temps de livraison soient contrôlables. L'équipe de Chen a eu l'idée il y a un an, et ont confirmé leurs résultats surprenants grâce à des simulations atomistiques approfondies.

Chen envisage d'explorer plus de propriétés de l'H 2 O@C 60 molécule et autres structures similaires, et continuer à sonder l'interaction et la communication de la molécule d'eau unique encapsulée avec son environnement.

« Étudier la communication d'une molécule d'eau unique emprisonnée avec son environnement extérieur tel que les molécules adjacentes, " il ajoute, "c'est comme apprendre comment une personne assise dans une pièce établit des liens avec des amis à l'extérieur, sélectivement à la demande (c'est-à-dire avec contrôle) ou aléatoirement (sans contrôle) via, dire, par téléphone."