Nature uses molecular motors and machines in virtually every significant biological process, but demonstrating that simpler artificial structures operating through the same gross mechanisms can be interfaced with—and perform physical tasks in—the macroscopic world represents a significant hurdle for molecular nanotechnology. Here we describe a wholly synthetic molecular system that converts an external energy source (light) into biased Brownian motion to transport a macroscopic cargo and do measurable work. The millimetre-scale directional transport of a liquid on a surface is achieved by using the biased Brownian motion of stimuli-responsive rotaxanes (‘molecular shuttles’) to expose or conceal fluoroalkane residues and thereby modify surface tension. The collective operation of a monolayer of the molecular shuttles is sufficient to power the movement of a microlitre droplet of diiodomethane up a twelve-degree incline.
自然界において、分子モーターや分子マシンが重要な生体現象に用いられている。しかしながら、分子ナノテクノロジーの発展する過程には乗り越えなければならない大きな困難が存在する。それは、同一の機構によって作用する単純な人工的な構造が、巨視的スケールに適合し、さらにはそこで物理的な仕事をおこなうことを明らかにすることである。著者らはすべて人工的に合成した分子システムについて記述している。このシステムは、光という外部からのエネルギーを単一方向へのブラウン運動へ変換し、巨大な荷物を輸送する。著者らは、刺激応答性ロタキサン（分子シャトル）を用い、任意の方向へミリメートルスケールにて、表面上の液滴の輸送を成功させた。このロタキサンは、軸分子内にあるフルオロアルカン部位を表面に晒したり、または隠したりすることによって、表面の張力を変化させることが可能である。分子シャトルが形成する単分子膜の、集合体としての作用は、マイクロリットル単位のジヨードメタンの液滴に12°の勾配を登らせるのに十分な力を発揮した。