Вторник 21 июля 2026 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
Читайте также
Ученые разгадали 40-летнюю загадку объекта, возвышающегося над Млечным путем Ученые разгадали 40-летнюю загадку объекта, возвышающегося над Млечным путем На протяжении четырех десятилетий астрономы ломали голову над гигантской петлей, которая, по-видимому, разрастается из центра Млечного пути. Известная как центральная доля Галактики (GCL), эта структура объясняется самыми разными причинами: от…
Астрономы наконец-то нашли объяснение вековой загадке звёздного неба Астрономы наконец-то нашли объяснение вековой загадке звёздного неба Более века астрономы ломают голову над странным несоответствием в исторических данных. Тета Эридани, скромная звезда в созвездии Эридана, является третьей по яркости звездой в своем созвездии, ее звездная величина составляет…
Городские голуби живут бок о бок с людьми уже 3500 лет Городские голуби живут бок о бок с людьми уже 3500 лет Новое исследование показало, что жители Кипра разводили и кормили голубей около 3500 лет назад. Они относились к диким сизым голубям, которые сегодня являются городскими птицами, как к животным, находящимся под…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Попадание в многоквартирный дом во Владимире и 209 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Попадание в многоквартирный дом во Владимире и 209 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 209 украинских беспилотников над российскими регионами, а также акваториями Азовского и Черного морей, сообщили в Минобороны РФ. Пожар возник в результате попадания беспилотного…
Мирошник: 69 жителей России погибли от ударов ВСУ за неделю, 364 получили ранения Мирошник: 69 жителей России погибли от ударов ВСУ за неделю, 364 получили ранения Почти 70 мирных жителей РФ, включая двоих детей, погибли за неделю от ударов со стороны Вооруженных сил Украины (ВСУ), более 360 человек, в том числе 12 несовершеннолетних, получили ранения. Об…
ФСБ России предотвратила теракт на крупном предприятии на Урале ФСБ России предотвратила теракт на крупном предприятии на Урале Сотрудники ФСБ предотвратили теракт спецслужб Украины на одном из крупных промышленных предприятий на Урале. Готовивший теракт 60-летний житель Тюмени ликвидирован при оказании вооруженного сопротивления, сообщили в Центре общественных связей (ЦОС)…
Тема дня
Можно ли разорвать ядерное кольцо вокруг России Можно ли разорвать ядерное кольцо вокруг России

Вместо трех стран НАТО, юридически и фактически обладающих ядерным оружием, есть еще пять с американ...

Фото
Ученые впервые обнаружили двойную систему, в которой обе звезды взорвались Ученые впервые обнаружили двойную систему, в которой обе звезды взорвались

Согласно новому исследованию, ученые, возможно, впервые обнаружили двойную систему, в которой обе зв...

Опрос

Как вы оцениваете риск возникновения военного конфликта в Молдавии и Приднестровье?

 

Анекдот дня

Ощущение, что кто-то просыпается и говорит: "Алиса, сделай ещё хуже."

Еще »

Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.

Интересные материалы
МЫ ВКОНТАКТЕ

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций

(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. 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)".