Воскресенье 20 сентября 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
Читайте также
Ученые реконструировали лицо самого раннего из когда-либо найденных Homo Sapiens Ученые реконструировали лицо самого раннего из когда-либо найденных Homo Sapiens Насколько нам известно, Homo sapiens впервые появился в Северной Африке чуть более 300 000 лет назад, прежде чем распространиться по всему миру. Однако эти первые представители нашего вида обладали некоторыми…
Археологи обнаружили синагогу I века, где, возможно, учил Иисус Археологи обнаружили синагогу I века, где, возможно, учил Иисус Почти 2000 лет назад люди собирались в небольшой синагоге с видом на Галилейское море. Они сидели на каменных скамьях, слушали чтения и учения и жили во времена, когда Второй Иерусалимский…
Африка распадается быстрее, чем считалось, образуя новый океан Африка распадается быстрее, чем считалось, образуя новый океан Геологи обнаружили, что африканский континент расколется раньше, чем мы предполагали. Активный рифт достиг «критического порога» и вскоре расколется, образовав новый океан. Тем не менее, «скоро» — понятие относительное: это займет…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 344 БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 344 БПЛА Дежурные средства ПВО сбили в течение минувшей ночи 344 беспилотника над российскими регионами, в том числе над Ленинградской областью и Московским регионом. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погиб ребенок, еще 12 человек были ранены Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погиб ребенок, еще 12 человек были ранены Ребенок погиб, еще 12 человек, в том числе 17-летняя девушка, получили ранения в результате атак ВСУ за прошедшие сутки в Белгородской области, сообщил в "Максе" врио губернатора региона Александр Шуваев.…
Хинштейн: за сутки в Курской области при атаках ВСУ погиб 1 человек, 5 получили ранения Хинштейн: за сутки в Курской области при атаках ВСУ погиб 1 человек, 5 получили ранения В Курской области один мирный житель погиб, еще пятеро получили ранения в результате атак ВСУ за прошедшие сутки на территории региона, сообщил губернатор Александр Хинштейн в "Максе". "В результате атак…
Тема дня
Закон об «адских санкциях» обернется против его же создателей Закон об «адских санкциях» обернется против его же создателей

Принятый Конгрессом США законопроект об «адских санкциях» против России на самом деле приведет к «об...

Фото
Окаменелости диплодока впервые обнаружили за пределами Северной Америки Окаменелости диплодока впервые обнаружили за пределами Северной Америки

Найденные в Испании окаменелости диплодока свидетельствуют о том, что этот знаменитый динозавр жил з...

Опрос

Доживет ли Украина до своего 40-летнего юбилея?

 

Анекдот дня

Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!

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.

Популярные новости
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)".