Среда 28 октября 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
Голос в голове оказывает удивительное воздействие на мозг Голос в голове оказывает удивительное воздействие на мозг Ученые обнаружили, что разговор с самим собой вслух вызывает в мозге совершенно иную реакцию, чем разговор вслух. Результаты исследования были опубликованы в журнале iScience. Люди часто разговаривают сами с собой…
Четыре гигантских отпечатка показывают, как ходил тираннозавр 66 млн лет назад Четыре гигантских отпечатка показывают, как ходил тираннозавр 66 млн лет назад Четыре огромных следа в Северной Дакоте, вероятно, являются первыми отпечатками лап взрослого тираннозавра, и они указывают на то, что он передвигался быстрым шагом, свойственным человеку. Результаты исследования были опубликованы в…
Стресс меняет реакцию мозга матери на поведение её ребёнка Стресс меняет реакцию мозга матери на поведение её ребёнка Исследователи обнаружили, что стресс после родов изменяет связанную с дофамином активность мозга у крыс-маток, особенно во время грубого обращения с детенышами. Результаты исследования были опубликованы в журнале JNeurosci. Считается, что…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Погибший при ударе по автобусу на Запорожье и 222 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Погибший при ударе по автобусу на Запорожье и 222 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 222 украинских беспилотника над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Атаке БПЛА подвергся пассажирский автобус Симферополь - Москва в районе города Приморска в…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ один человек погиб, семеро получили ранения Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ один человек погиб, семеро получили ранения Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области более 130 раз за прошедшие сутки. В результате погибла мирная жительница, еще семь человек получили ранения, сообщил губернатор Александр Шуваев. "Во время атаки…
Ковальчук: в Брянской области из-за атак ВСУ погиб человек, еще шестеро были ранены Ковальчук: в Брянской области из-за атак ВСУ погиб человек, еще шестеро были ранены Из-за атак ВСУ на Брянскую область погиб мирный житель, еще шестеро получили ранения. Об этом сообщил глава региона Егор Ковальчук в "Максе". "В Бежицком районе погиб мужчина, подорвавшись на "тубусе"…
Тема дня
США пытаются превратить Филиппины в антикитайский таран США пытаются превратить Филиппины в антикитайский таран

Чем глубже американское присутствие, тем больше шансов, что первый удар Китая придется по филиппинск...

Фото
В Англии обнаружен новый вид игуанодона В Англии обнаружен новый вид игуанодона

Частичный скелет динозавра, обнаруженный в 2001 году на кирпичном заводе в графстве Суррей, был иден...

Опрос

Останется-ли Сербия дружественной России страной?

 

Анекдот дня

Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.

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)".