ננו-רכב

ננו-רכב הוא ננובוט מולקולרי בצורת רכב.

היסטוריה, מבנה ומנגנון פעולה

מושג הננו-רכב לראשונה הוגה בכנס החמישי של ננוטכנולוגיה מולקולרית אשר נערך בפאלו אלטו בנובמבר 1997^[1]. בכנס הוצע הרעיון לבנות מאבני בניין מולקולריים צעצועי טינקר (אנ') בהם יש מגוון גופים כגון מקלות, קוביות, כדורים ועוד המהווים אבני בניין לבניית צעצועים. בכנס זה תכננו את המרכיבים הנחוצים לבניית הננו-רכב בדומה לרעיון של גלגלים ומנוע קונבנציונליים. רעיון סינתזת הננו-רכב מבוסס על שיטת "מלמעלה למטה" כאשר כל סינתזת מרכיבי הננו-רכב מאופיינת לכתחילה, זאת כפי שתיאר אריק דרקסלר (אנ') בספרו "ננו-מערכות: מכונות מולקולריות, ייצור וחישובים".

בשנת 1994 ניסו ג'וזף מיצ'ל ואנשי מעבדתו לייצר ננו-רכב. בעבודתם המרכיבים הנחוצים לבניית הננו-רכב הם: ארבעה גלגלים, שני צירים, משטחי גרפיט או משטחי זהב וננו-צינוריות פחמן לתמיכה. הנעת הננו-רכב התבססה על גלגלים אנטי פרומגנטים אשר מגיבים עם מצע אטומי המהווה את המסלול אשר עליו הוא נמצא. כגלגלי הרכב שימשו ארבע מולקולות Fe(OMe)₂(O₂CCH₂Cl)]₁₀] שכונו "גלגלי ברזל". צירי הננו-רכב הם פחמימנים המורכבים ממולקולות סטפן (אנ')^[2].

בשנת 2005 פותח באוניברסיטת רייס ביוסטון טקסס על ידי קבוצתו של פרופסור ג'יימס טור ננו-רכב. גודלו של ננו-רכב הוא 3X4 ננומטר המכיל שלד בצורת H אשר בקצותיו מחוברות ארבע קבוצות פולרן (fullerene) המהוות את גלגלים מולקולריים. כל "גלגל" פולרן בנו מ-60 אטומי פחמן (C₆₀) היוצר כדור הנקרא כדור באקי (אנ')^[3]. הננו-רכב המקורי אינו מכיל מנוע מולקולרי כאשר הננו-רכב מונח על משטח זהב ומחומם ל-200°C הוא נע קדימה ואחורה כאשר הוא מתגלגל על המשטח בעזרת "גלגלי" הפולרן. ניתן לווסת את תנועת הננו-רכב על ידי שימוש בקצה חוד של מיקרוסקופ מנהור סורק (STM). הננו רכב פותח על מנת לענות על השאלה האם פולרנים נעים על משטחים מתכתיים? האם הם מתגלגלים או מחליקים?

מבנה כימי של ננו-רכב שפותח באוניברסיטת רייס ביוסטון טקסס על ידי קבוצתו של פרופסור ג'יימס טור בו גלגלי הרכב בנויים מפולרנים^[4]

בשנת 2005 קבוצת המחקר באוניברסיטת רייס הצליחה לייצר את שלד וצירי הננו-רכב בעזרת ריאקציות מצומדות פלדיום. הם הצמידו את ארבעת הפולרנים המשמשים כגלגלים בשלב האחרון של הסינתזה. הם מצאו שהננו-רכב מאוד יציב על משטח זהב בטמפרטורת החדר, כנראה בגלל אדהזיה חזקה בין קבוצות הפולרן לזהב^[5]. אך כאשר משטח הזהב מחומם לטמפרטורה הגבוהה מ-170^οC הננו-רכב אינו יציב. החוקרים הבחינו שבין 170 ל-225 מעלות צלזיוס הננו-רכב נע בתנועה מישורית וסיבובית כעל ציר. התנועה המישורית הייתה תמיד בכיוון אנכי לציר הרכב, המראה שתנועתו היא על ידי סיבוב ולא על ידי החלקה על המשטח. הננו-רכב דק פי 50,000 משערת אדם והוא נע במהירות של 0.014 מילימטרים בשעה.

קבוצת רייס הצליחה בנוסף לשלוט על תנועת ננו-רכב על ידי השמת קצה החוד של מיקרוסקופ מִנהור סורק (STM) בחזית הרכב ומשיכתו קדימה. ג'יימס טור מסביר שהשדה החשמלי בקצה חוד ה-STM מקטב את המולקולה בה הוא נוגע ולכן קצה החוד מסוגל להניע את הננו רכב על ידי שימוש בכוח אלקטרוסטטי^[6].

יישומים עתידיים

בתחום הרפואה - ניתן להשתמש בטכנולוגיית הננו-רכב כנשאי תרופות חכם מונחה מטרה. הננו-רכב יהווה כננו-שליח אשר יוכל לשגר תרופות בצורה מדויקת ויעילה למקום ספציפי בגוף^[7].

בתחום האלקטרוניקה - ניתן להשתמש בטכנולוגיית הננו-רכב על מנת לייצר מעגל אלקטרוני של מחשב (computer circuit) וגם יצירת מרכיבים אלקטרונים אחרים. לפי ריאיון עם ג'יימס טור, הוא סובר שימוש בננו-רכב כבסיס מולקולרי עבור זיכרון אלקטרו מכני למחשבים^[8]. בנוסף, ניתן לחקות תנאי כבישים וצמתים של ערים שלמות על ידי הדמיה של תנועה עם ננו-רכבים.עם זאת ניתן לבחון את כללי הכביש ובכך גם למנוע תאונות דרכים^[9].

ננו-רכב עתידי עם מנוע מולקולרי סינתטי פותח על ידי ז'אן פרנסואה מורין הוא מצויד בגלגלי קרבוראן (אנ')

ומנוע מולקולרי סינתטי העשוי מהליקן (אנ') (מולקולה ארומטית רב טבעתית דחוסה) ומופעל על ידי אור^[10]. תנועה מכוונת על ידי אור של רכב ננו זה טרם נצפה על גבי משטח. תנועתיות במים ונוזלים אחרים יכול להתממש בעתיד על ידי מדחף מולקולרי (אנ').

ראו גם

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ננו-רכב בוויקישיתוף

הערות שוליים

^ M T Michalewicz Nano-cars: Feynman's dream fulfilled or the ultimate challenge to Automotive Industry. Publication abstract. The Fifth Foresight Conference on Molecular Nanotechnology, Palo Alto (1997 November 5–8)
^ K.L. Taft, C.D. Delfs, G.C. Papaefthymiou, S. Foner, D. Gatteschi and S.J. Lippard, J.Am.Chem.Soc. 116, 826-832 (1994)
^ http://www.sciencedaily.com/releases/2011/11/111110092403.htm
^ Shirai, Y. et al. (2005). "Directional Control in Thermally Driven Single-Molecule Nanocars". Nano Lett. 5 (11): 2330–4. Bibcode:2005NanoL...5.2330S.doi:10.1021/nl051915k. PMID 16277478
^ http://phys.org/news7438.html
^ http://pubs.acs.org/cen/news/83/i43/8343nanocar.html
^ "New Model Nanocar on the Showroom Floor". The Future of Things. Retrieved 2010-01-20.
^ http://thefutureofthings.com/3047-new-model-nanocar-on-the-showroom-floor/
^ M T Michalewicz Nano-cars: Feynman's dream fulfilled or the ultimate challenge to Automotive Industry. Publication abstract. The Fifth Foresight Conference on Molecular Nanotechnology, Palo Alto (1997 November 5–8)
^ Morin, Jean-François; Shirai, Yasuhiro; Tour, James M. (2006). "En route to a motorised nanocar". Org. Lett. 8 (8): 1713–6. doi:10.1021/ol060445d. PMID 16597148

[1] M T Michalewicz Nano-cars: Feynman's dream fulfilled or the ultimate challenge to Automotive Industry. Publication abstract. The Fifth Foresight Conference on Molecular Nanotechnology, Palo Alto (1997 November 5–8)

[2] K.L. Taft, C.D. Delfs, G.C. Papaefthymiou, S. Foner, D. Gatteschi and S.J. Lippard, J.Am.Chem.Soc. 116, 826-832 (1994)

[3] ttp://www.sciencedaily.com/releases/2011/11/111110092403.htm

[4] Shirai, Y. et al. (2005). "Directional Control in Thermally Driven Single-Molecule Nanocars". Nano Lett. 5 (11): 2330–4. Bibcode:2005NanoL...5.2330S.doi:10.1021/nl051915k. PMID 16277478

[5] ttp://phys.org/news7438.html

[6] ttp://pubs.acs.org/cen/news/83/i43/8343nanocar.html

[7] "New Model Nanocar on the Showroom Floor". The Future of Things. Retrieved 2010-01-20.

[8] ttp://thefutureofthings.com/3047-new-model-nanocar-on-the-showroom-floor/

[9] M T Michalewicz Nano-cars: Feynman's dream fulfilled or the ultimate challenge to Automotive Industry. Publication abstract. The Fifth Foresight Conference on Molecular Nanotechnology, Palo Alto (1997 November 5–8)

[10] Morin, Jean-François; Shirai, Yasuhiro; Tour, James M. (2006). "En route to a motorised nanocar". Org. Lett. 8 (8): 1713–6. doi:10.1021/ol060445d. PMID 16597148

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]