научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

МОЛЕКУЛА-АВТОМОБИЛЬ

Трехмерная картина молекулярного автомобиля полного привода.

Транспортировка материалов, энергии и информации сегодня -  насущная необходимость. Современное общество нуждается в этом так же, как и живой организм для его нормального функционирования. Cистемы транспортировки присутствуют на каждом возможном уровне, начиная от огромных контейнеровозов, транспортирующих разные виды товаров, до везикул, которые обеспечивают транспорт внутри биологических клеток. Но независимо от масштаба или применения у всех систем транспортировки есть одна общая черта: управляемое и направленное движение. Большинство форм движения в биологических клетках приводится в действие крошечными пептидными белковыми структурами, известными как молекулярные двигатели, или машины.

С РАЗВИТИЕМ НАНОТЕХНОЛОГИЙ СВЯЗАНЫ ОГРОМНЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ. Это область исследований, которая включает в себя управление материей с заданной атомной структурой путем контролируемого манипулирования на уровне отдельных молекул и даже атомов. В настоящее время стало возможным конструировать молекулярные устройства, или машины, состоящие из одной молекулы! Конечно, можно представить широкий спектр применения наномашин. К примеру, наноматериалы и нанообъекты могут использоваться для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне. Проектируя транспортное средство в масштабах макрометров, мы используем мотор и колеса для направленного движения. При проектировании транспортного средства на молекулярном уровне также имеет смысл думать об использовании колес и двигателя. Первaя наномашинa, оборудованная колесами из фуллерена (fulerene), былa разработана в Университете Райс, США. Молекулы фуллерена, состоящие из 60 атомов углерода, служат колесами, которые могут вращаться вокруг акселей, соединяющихся с наномашиной. Однако даже при том, что колеса позволяют этим молекулам двигаться по поверхности, у них нет двигателя. В результате этого направленное контролируемое движение отсутствует и наномашина двигается хаотично за счет броуновского движения.

В 2011-12гг. в нашей лаборатории был разработан самый маленький автомобиль (рисунок 1) в мире с направленным управлением движения. У сделанного из единственной молекулы транспортного средства есть четыре колеса, которые начинают вращаться в одном направлении, после облучения пучком электронов. Чтобы создать наномашину или молекулярную полноприводную машину, мы спроектировали молекулу с длинным центральным каркасом, так называемое шасси из четырех колес. Фактически каждое колесо является и двигателем.

 Для создания полностью функциональной молекулярной полноприводной четырехколесной наномашины мы использовали химический синтез, основанный на органическом материале, таком как углерод и водород (рисунок 2). В качестве заместителя для колес был использован наномотор - молекула размером всего несколько нанометров, которая может вращаться в одном направлении. Под действием света или электронов одна часть наномотора может вращаться на 360 градусов относительно другой части.

ЧТОБЫ ДОКАЗАТЬ, ЧТО ЭТОТ ПРИНЦИП НАНОМАШИНЫ РАБОТАЕТ, был проведен следующий эксперимент: молекулы наномашины были размещены на поверхности меди. Чтобы видеть крошечные молекулы размером всего 7 нанометров, использовался сканирующий зондовый микроскоп, или STM, который работает, применяя разность потенциалов между наконечником микроскопа и медной металлической поверхностью. В результате электроны перемещаются от наконечника STM к поверхности металла. Наномоторы, присоединенные к каркасу наномашины, могут активироваться электронами. Таким образом, STM может использоваться как в качестве микроскопа, так и в качестве топливa (рисунок 3). В будущем эта наномашина может быть использована как транспорт в очень маленьких масштабах, например, в медицине для целенаправленной доставки лекарств в организм больного или в других технологиях.

Молекулярные машины широко распространены в природе. Белковые моторы, например, могут двигаться по поверхности, чтобы транспортировать груз молекулярного размера, и часто используются живыми организмами для построения сложных структур в живых клетках. Этo достижение коллектива нашей лаборатории является доказательством того, что мы можем построить нанотранспортные средства и контролировать их движение, как это происходит в наших живых клетках.

Опубликовано в Инновации
Прочитано 1138 раз
Оцените материал
(2 голосов)

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Наверх