Воскресенье 24 ноября 2024 года

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Наука» Учёные придумали наномоторы для будущих нанороботов


Учёные придумали наномоторы для будущих нанороботов

Среда, 09 Ноября 2016 13:09

Учёные из Московского физико-технического института (МФТИ), Института химической физики им. Н. Н. Семёнова РАН и Института химии поверхности Национальной академии наук Украины предложили модель дипольного фотомотора — крошечного управляемого устройства, активируемого светом.

 

Такой «наномотор» способен двигаться в заданном направлении с рекордно высокой скоростью и тащить на себе некоторый груз. Результаты опубликованы в журнале The Journal of Chemical Physics, сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию Planet Today.

 

«Рекордные характеристики дипольных фотомоторов на основе полупроводниковых нанокластеров позволяют надеяться, что эти наномашины не только заполнят имеющуюся брешь в семействе линейных фотомоторов, но и найдут самое широкое применение повсюду, где требуется скоростной транспорт наночастиц: в химии и физике — для создания новых аналитических и синтетических инструментов, в биологии и медицине — для доставки лекарств к больным участкам живых организмов, для генной терапии и во многих других задачах», — говорит руководитель коллектива Леонид Трахтенберг, профессор Кафедры химической физики МФТИ и заведующий Лабораторией функциональных нанокомпозитов ИХФ РАН.

 

Сотрудничество Леонида Трахтенберга и Виктора Розенбаума, заведующего отделом теории наноструктурных систем ИХП НАНУ, привело к созданию теории линейных фотомоторов. Она позволяет конструировать наномашины, движением которых можно управлять с помощью лазера. Учёные нашли связь между параметрами этих устройств и их важнейшей рабочей характеристикой — скоростью.

 

Броуновские моторы

 

Прототипами управляемых наномашин в живой природе служат так называемые броуновские (молекулярные) моторы — белковые устройства, которые под действием неравновесных флуктуаций различной природы преобразуют хаотическое броуновское движение в направленное поступательное, возвратно-поступательное или вращательное движение. Броуновские моторы обеспечивают сократительную активность тканей (работу мышц), подвижность клеток (движение жгутиковых бактерий), внутри- и межклеточный транспорт органелл и сравнительно крупных частиц вещества (питание клетки и утилизация отходов её деятельности). Эти процессы совершаются с удивительно высокой эффективностью, приближающейся к 100%.

 

«Понимание основ деятельности таких природных моторов позволяет не только воспроизводить их, но и конструировать новые высокоэффективные искусственные образцы с разнообразными функциями, вплоть до создания нанороботов, способных выполнять различные задания. Уже в течение нескольких десятилетий специалисты в разных областях, объединив свои усилия, весьма успешно работают над созданием управляемых наномашин. Признанием актуальности и успешности этих работ, их большого значения для научно-технического прогресса стало присуждение в 2016 году Нобелевской премии по химии „за конструирование и синтез молекулярных машин“», — говорит Виктор Розенбаум.

 

Работу броуновских моторов можно инициировать различными способами — например, с помощью химических реакций, тепла, электрических или световых импульсов. В последнем случае речь идёт о фотомоторах.

 

Около десяти лет назад была разработана модель линейного дипольного фотомотора, действие которого основано на разности дипольных моментов молекулы (частицы) в двух электронных состояниях. Чем больше разность дипольных моментов, тем выше скорость и эффективность такого мотора.

 

Заводится от света

 

При облучении мотора лазерным импульсом происходит его активация. Импульс должен попасть в резонанс с электронами внутри наноцилиндра; далее происходит разделение заряда в полупроводниковом наноцилиндре, он электростатически взаимодействует с полярной подложкой. Циклическое включение и выключение света приводит к зависимости потенциальной энергии взаимодействия цилиндра с подложкой от времени, эта зависимость и заставляет наномотор двигаться в заданном направлении (см. рис).

 

Принцип работы предложенного линейного фотомотора изображен на фото.

 

Фотомоторы на основе неорганических наночастиц гораздо эффективнее и «быстрее» своих аналогов, построенных на органических молекулах. Так, в цилиндрическом полупроводниковом нанокластере до действия светового импульса практически отсутствует дипольный момент, а фотовозбуждение приводит к перемещению электрона из объёма на поверхность и возникновению гигантского дипольного момента (примерно 40 Д при высоте наноцилиндра около 15 Å).

 

«Предложенная модель фотомотора на основе полупроводникового наноцилиндра имеет оптимальные параметры и, соответственно, рекордно высокую скорость — порядка 1 мм/с, что примерно на три порядка выше, чем у природных белковых моторов или у аналогичных моделей на основе органических молекул», — сообщают авторы публикации.

 
 

 

 

 

Волкова Алена Опубликовано в Наука   Теги ученые
Главное за сутки
МО: средства ПВО за ночь уничтожили один украинский БПЛА МО: средства ПВО за ночь уничтожили один украинский БПЛА Средства ПВО за ночь уничтожили один украинский беспилотный летательный аппарат над Крымом. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи пресечена попытка киевского режима совершить террористическую атаку с…
Потери ВСУ, заочный арест наемника и помощь пострадавшим: что известно о ситуации в Курской области Потери ВСУ, заочный арест наемника и помощь пострадавшим: что известно о ситуации в Курской области Потери Вооруженных сил Украины (ВСУ) за сутки на курском направлении составили 150 человек, сообщили в Минобороны России. Всего за время боевых действий противник потерял более 34 690 военнослужащих. Суд заочно…
«Орешник» на вооружении и новые разработки: что сказал Путин военным и оборонщикам «Орешник» на вооружении и новые разработки: что сказал Путин военным и оборонщикам Гиперзвуковые ракетные системы "Орешник", успешное боевое испытание которых состоялось накануне, официально приняты на вооружение ВС РФ. Об этом заявил президент России Владимир Путин на совещании с руководством Минобороны, ОПК и…
Интернет и СМИ
Читайте также
JCSM: озвучен простой способ снижения кровяного давления JCSM: озвучен простой способ снижения кровяного давления Ученым из британских Бристольского и Эксетерского университетов удалось установить, что для снижения давления поможет выполнение легких десятиминутных упражнений каждый час, что вы проводите в сидячем положении. Результатами исследования авторы поделились…
О проблемах с лёгкими или сердцем способен рассказать простой тест на пальцах О проблемах с лёгкими или сердцем способен рассказать простой тест на пальцах В журнале Pulse Healthcare британский специалист Ахмед раскрыл простой способ самостоятельной диагностики возможных заболеваний сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Метод заключается в несложной проверке состояния ногтей и их формы. Врач предлагает…
Древнейший известный алфавит обнаружен в древнем сирийском городе Древнейший известный алфавит обнаружен в древнем сирийском городе То, что, по-видимому, является доказательством существования древнейшей алфавитной письменности в истории человечества, высечено на глиняных цилиндрах длиной с палец, найденных в гробнице в Сирии группой исследователей из Университета Джонса Хопкинса.…
Тема дня
Трамп несет постсоветскому пространству войну и мир Трамп несет постсоветскому пространству войну и мир

Конечно, Трамп не отдаст России Украину на блюде. Любой товар (даже киевский чемодан без ручки) для ...

Фото
Nature: привычка пить кофе может существенно повлиять на состав биома кишечника Nature: привычка пить кофе может существенно повлиять на состав биома кишечника

Большая международная группа медицинских исследователей обнаружила, что у людей, которые регулярно п...

Опрос

Трамп на посту президента пообещал работать над прекращением всех войн в мире. Получится у Трампа остановить войны?

 

Анекдот дня

Когда-нибудь - это где-то между чуть попозже и никогда.

Еще »
Комментарии для сайта Cackle
Мы на одноклассниках
 

 

МЫ ВКОНТАКТЕ

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-83392 от 07.06.2022, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи,

информационных технологий и массовых коммуникаций. При использовании, полном или частичном цитировании материалов

planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с точкой зрения редакции.

На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления

информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет",

находящихся на территории Российской Федерации)".