Ezek a nanotechnológia világába tartoznak, ahol a nano a méter egymilliárdod részére utal. A nanogépek eljövetelét Richard Feynman Nobel-díjas amerikai fizikus hirdette meg híres 1959-es beszédében az Amerikai Fizikai Társaság konferenciáján. Feynman azt emelte ki, hogy az élővilágban számos molekuláris motor létezik – ilyenek például a baktériumok flagellái, de vannak még ennél is kisebb molekuláris motorok. Az amerikai fizikus szerint a nagy kérdés, hogy készíthetőek-e olyan kisméretű gépek, amelyek esetében ugyanazok a mechanikai elvek érvényesülnek, mint nagyméretű társaiknál. Vagyis lehet-e miniatűr propellert vagy emelőt, akár egy egész motort készíteni, amit tetszés szerint lehet mozgatni vagy ki-be kapcsolni. Feynman szerint – mondta ezt 1959-ben – ez akár 25–30 éven belül valósággá válhat. Az amerikai fizikusnak nagyjából igaza lett, Jean-Pierre Sauvage és csapata a strasbourgi Louis Pasteur Egyetemen a nyolcvanas évek elején ért el áttörést a molekulák mechanikai összekapcsolásában. Kémiai úton ugyanis viszonylag könnyű a molekulákat összekötni – ismert kémiai kötésekkel – mechanikai kapcsolatot azonban korábban még nem sikerült elérni. Sauvage elsőként egy két molekulából álló láncot hozott létre, amelyek kicsiben úgy kapcsolódtak össze, mint ahogyan két láncszem egymásba kapcsolódik. Az általa létrehozott módszerrel a legváltozatosabb csomókba kötötték össze a molekulákat, amelyek néha úgy néztek ki, mint az ördöglakat nevű gyerekjáték.
A nanogépek irányába tett következő jelentős lépést Fraser Stoddart és csoportja érte el a kilencvenes évek elején, akik egy olyan rotaxánnak nevezett molekulát terveztek, amely egy gyűrűből és egy hozzá kapcsolódó tengelyből állt. Ezzel a molekulával már igen változatos szerkezeteket tudtak építeni. 2000-ben sikerült mechanikailag úgy összekapcsolni két rotaxán molekulát, hogy az már emlékeztetett az izom szerkezetére. 2004-ben pedig sikerült egy miniatűr liftet készíteniük, amely képes 0,7 nanométer emelkedésre. Más kutatókkal való együttműködésben – szintén rotaxán molekulákból – Stoddart egy 20 kB memóriával rendelkező chipet készített, amelynek a számítástechnikában lehet majd nagy jelentősége.
A legújabb áttörést a holland Bernard Feringa érte el, aki már egy igazi motort tudott készíteni egy zseniálisan megtervezett molekula segítségével. Feringa eredménye azért is nagy fegyvertény, mert alapesetben a molekulák ugyanolyan valószínűséggel fordulnak mindkét irányba – ő azonban egy olyan molekulát alkotott, amelynél a miniatűr propeller UV-fény megvilágítás hatására mindig ugyanabba az irányba kezdett forogni. Az első ilyen motor még nem volt nagyon gyors, egy újratervezést követően azonban másodpercenként 12 millió fordulatra lett képes. A holland kutató és munkatársai 2011-ben készítettek egy miniatűr autót, amely négy forgó molekulából és egy, az őket összetartó tengelyből állt. A nanoautó sima felületen képes volt a haladásra. A holland vegyész kutatásai elérhető közelségbe hozták azt a lehetőséget, hogy miniatűr gépekkel célzottan juttassanak például gyógyszert a szervezet sejtjeihez.
2016. 10. 14. (XX/41)
