Суббота 08 ноября 2025 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
Подтверждена личность убитого в 1272 году герцога из Арпадов и Рюриковичей Подтверждена личность убитого в 1272 году герцога из Арпадов и Рюриковичей Международный проект, возглавляемый венгерскими исследователями, успешно идентифицировал останки герцога Белы, бана Маччо, представителя династий Арпадов и Рюриковичей. Расследования дали ответ на вековой археологический вопрос. В ходе исследования, координируемого Тамашем Хайду…
Ученые считают, что инопланетные зонды уже скрываются в нашей Солнечной системе Ученые считают, что инопланетные зонды уже скрываются в нашей Солнечной системе В 1949 году знаменитый математик и физик Джон фон Нейман выступил с серией лекций в Иллинойсском университете, где он представил концепцию «универсального конструктора». Теория была более подробно изложена в книге…
Одна давняя арабская история повлияла на столетия ложной истории о Черной смерти Одна давняя арабская история повлияла на столетия ложной истории о Черной смерти Более шести веков историки верили в убедительную историю о том, как Чёрная смерть стремительно распространилась по Азии по Великому Шёлковому пути, прежде чем опустошить Европу и Ближний Восток в середине…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 79 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 79 украинских БПЛА Российские средства ПВО перехватили и уничтожили за ночь над регионами РФ 79 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. В ведомстве уточнили, что в течение прошедшей ночи дежурные средства…
Бусаргин: в Саратове при атаке БПЛА травмы получили два человека Бусаргин: в Саратове при атаке БПЛА травмы получили два человека Два человека получили травмы средней степени тяжести в результате атаки БПЛА на Саратов. Об этом сообщил губернатор региона Роман Бусаргин в своем Telegram-канале. "Два человека получили травмы средней степени тяжести.…
В Тульской области обрушился подъезд многоквартирного дома В Тульской области обрушился подъезд многоквартирного дома Три человека пострадали в результате взрыва газа в многоквартирном доме в поселке Куркино Тульской области, все они были госпитализированы, сообщил губернатор Дмитрий Миляев. Ранее Миляев сообщил о взрыве бытового газа…
Тема дня
США начинают выкачивать деньги теперь и из Средней Азии США начинают выкачивать деньги теперь и из Средней Азии

Президент Соединенных Штатов впервые встретился одновременно с пятью главами государств Средней Азии...

Фото
Воспроизведение музыки мышам влияет на развитие их мозга в зависимости от пола Воспроизведение музыки мышам влияет на развитие их мозга в зависимости от пола

Согласно новому исследованию, изучающему звуковые предпочтения у мышей, сенсорный опыт в раннем детс...

Опрос

Как вы оцениваете заявления США о возможной передаче Украине ракет Tomahawk?

 

Анекдот дня

Севастополь - самый европейский из всех европейских городов. Именно здесь находятся английское, немецкое, французское, турецкое и даже итальянское кладбища, на которых покоятся те, кто когда-то усомнился в том, что Крым наш.

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)".