Вторник 30 июня 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
Миллиарды лет назад Земля перерабатывала свою поверхность Миллиарды лет назад Земля перерабатывала свою поверхность На ранней Земле поверхность и глубинные слои обычно представляются как отдельные миры. Считается, что субдукция — процесс, в результате которого дно океанов погружается в планету, — началась довольно поздно. Обломки…
Радон в доме создаёт проблемы для учёбы и развития детей Радон в доме создаёт проблемы для учёбы и развития детей Постоянное нахождение в помещениях с высоким содержанием природного радона в воздухе негативно отражается на концентрации внимания детей и подростков и их способностях к решению интеллектуальных задач. Соответствующее исследование опубликовано в…
В нашем мозге существуют два совершенно разных вида смеха В нашем мозге существуют два совершенно разных вида смеха Большинство из нас воспринимает смех как простую реакцию. Иногда он вежливо вырывается во время разговора. В других случаях это происходит внезапно, без предупреждения, оставляя вас согнутыми, задыхающимися и неспособными остановиться.…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Сбили 209 БПЛА. Главное об отражении атак ВСУ на российские регионы Сбили 209 БПЛА. Главное об отражении атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 209 украинских беспилотников над российскими регионами, Азовским и Черным морями, сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное об отражении атак. Масштаб Беспилотники сбили…
Защита от атак БПЛА и применение искусственного интеллекта. Заявления министра обороны Андрея Белоусова Защита от атак БПЛА и применение искусственного интеллекта. Заявления министра обороны Андрея Белоусова Ситуация, касающаяся защиты от атак БПЛА российских регионов и зоны СВО, меняется примерно каждые 2-3 месяца. Об этом заявил министр обороны России Андрей Белоусов на встрече с военкорами, где присутствовал…
Беседа Путина с Лукашенко и каналы диалога по Украине. Ключевые заявления Пескова Беседа Путина с Лукашенко и каналы диалога по Украине. Ключевые заявления Пескова Неформальное общение президентов России и Белоруссии Владимира Путина и Александра Лукашенко на Валдае, имеющиеся каналы диалога по Украине и ход СВО стали в понедельник основными темами брифинга пресс-секретаря главы государства…
Тема дня
Япония сколачивает военный кулак у российских границ Япония сколачивает военный кулак у российских границ

На Окинаве проведены мероприятия, посвященные 81-й годовщине битвы за этот остров, продолжавшейся с ...

Фото
Созданные человеком химические вещества влияют на состав океана во всем мире Созданные человеком химические вещества влияют на состав океана во всем мире

Океан всегда демонстрировал явные признаки воздействия человека. Вы видите плавающий пластик, нефть ...

Опрос

Что будет с дальнейшими поставками российского газа в Армению?

 

Анекдот дня

Всегда смущало наличие в ПДД гужевой повозки. Сейчас вообще вопросов не возникает.

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)".