Среда 04 марта 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
Гигантская цепочка органических молекул – лучший признак наличия жизни на Марсе Гигантская цепочка органических молекул – лучший признак наличия жизни на Марсе Обнаруженные в камне на Марсе органические молекулы не могут быть полностью объяснены небиологическими процессами, и «разумно предположить», что эти странные органические молекулы могли образоваться в результате деятельности живых организмов, сообщает…
Ученые обнаружили колоссальные загадки, связанные с «суперюпитерами» Ученые обнаружили колоссальные загадки, связанные с «суперюпитерами» Юпитер, возможно, и является королем планет в нашей Солнечной системе, но в других звездных системах по всей галактике еще более крупные планеты вращаются на расстоянии миллиардов миль от своих звезд…
Сердце Млечного Пути окружено турбулентной газовой сетью длиной 650 световых лет Сердце Млечного Пути окружено турбулентной газовой сетью длиной 650 световых лет Наиболее интенсивное исследование Центральной молекулярной зоны (ЦМЗ) в ядре Млечного пути позволило выявить формы, вылепленные этой интенсивной средой из исходного материала для звезд. Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики известна…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 32 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 32 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь перехватили и уничтожили 32 украинских беспилотника над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Пять человек пострадали в Волгоградской области из-за атаки БПЛА. ТАСС собрал основное о…
Обострение отношений между США и Испанией. Как спор о военных расходах перерос в торговый конфликт Обострение отношений между США и Испанией. Как спор о военных расходах перерос в торговый конфликт Американский президент Дональд Трамп накануне заявил, что США намерены разорвать все торговые отношения с Испанией после ее отказа повысить военные расходы до 5% ВВП. Правительство Испании в ответ на угрозы…
Совместная операция США и Эквадора против наркокартелей. Главное о происходящем Совместная операция США и Эквадора против наркокартелей. Главное о происходящем Американские и эквадорские военные приступили к совместным операциям против наркокартелей, сообщило Южное командование ВС США. ТАСС собрал основное, что известно на данный момент. Об операции 3 марта американские и эквадорские…
Тема дня
Роль Китая в иранской войне трактуют слишком однобоко Роль Китая в иранской войне трактуют слишком однобоко

Удар по Ирану – это на самом деле удар по Китаю. Такая версия популярна среди тех, кто пытается объя...

Фото
NatIm: Распространенный вирус повышает риски парализующей болезни NatIm: Распространенный вирус повышает риски парализующей болезни

Специалистами из Калифорнийского университета выявлен возможный механизм, что связывает вирус Эпштей...

Опрос

Как долго продлится операция США против Ирана?

 

Анекдот дня

Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!

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)".