Molekulární vrtule je nanoměřítko ve formě molekuly schopné díky svému specifickému tvaru vykonávat rotační pohyby, podobně jako makroskopické šrouby [1] [2] . Molekulární vrtule mají několik lopatek v molekulárním měřítku připojených k centrální hřídeli, kolem které dochází k rotaci a které jsou od sebe odděleny určitým úhlem.
Molekulární vrtule byly navrženy vědeckým týmem profesora Petera Krále z University of Illinois v Chicagu . Jsou to molekulární lopatky vytvořené na planárních aromatických molekulách na bázi uhlíkových nanotrubic [3] . Molekulární dynamické modelování ukazuje, že tyto vrtule mohou sloužit jako účinná kapalinová čerpadla . Jejich čerpací účinnost závisí na chemickém složení molekulárních lopatek a samotné kapaliny. Pokud jsou například lopatky hydrofobní , molekuly vody se od nich odpuzují a vrtule bude účinným čerpadlem pro tuto kapalinu. Pokud jsou lopatky hydrofilní , pak budou molekuly vody naopak přitahovány ke koncům lopatek. To může výrazně omezit průchod dalších molekul kolem vrtule a zastavit čerpání vody .
Molekulární vrtule se mohou otáčet molekulárními rotory , které mohou být iniciovány chemickými, biologickými, optickými nebo elektrickými prostředky [4] [5] [6] , nebo mechanismy ráčnového typu [7] . Příroda sama implementuje většinu biologických procesů pomocí velkého počtu molekulárních rotorů , jako je myocin, kinecin a ATP syntáza [8] . Takže například rotační molekulární motory obsahující protein používají bakterie jako bičíky k pohybu.
Systém molekulární vrtule a molekulárního motoru může najít uplatnění u nanorobotů a použít jako čerpadlo nebo pohonný aparát [9] . Budoucí aplikace těchto nanosystémů sahají od nových analytických nástrojů v chemii a fyzice, dodávání léků a genové terapii v biologii a medicíně , pokročilých nanolaboratořích až po nanoroboty schopné provádět různé akce na nanoměřítku a mikroskopické úrovni.