Среда 15 апреля 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
Ученые назвали инфекции, чаще всего вызывающие пневмонию у домашних питомцев Ученые назвали инфекции, чаще всего вызывающие пневмонию у домашних питомцев Группе ученых Санкт-Петербургского государственного университета ветеринарной медицины (СПбГУВМ) удалось выяснить, какие микробы чаще всего провоцируют воспаления легких у домашних кошек и собак. Это понимание позволит ветеринарам назначить конкретный работающий антибиотик,…
Nature Medicine: Найден новый способ замедления болезни Паркинсона Nature Medicine: Найден новый способ замедления болезни Паркинсона Оптимистичные результаты во время первых клинических испытаний продемонстрировал экспериментальный препарат против болезни Паркинсона. Это средство BIIB094, разработанное швейцарской компанией Вiogen International GmbH. Подробности нового исследования опубликовал журнал Nature Medicine. Болезнь…
Стало понятно, почему метан стал накапливаться в атмосфере быстрее обычного Стало понятно, почему метан стал накапливаться в атмосфере быстрее обычного Группой американских и европейских химиков установлено, что быстрый прирост концентрации метана в земной атмосфере в последние годы вызван не только увеличением выбросов, но и падением концентрации гидроксил-ионов, отвечающих за его…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 97 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 97 украинских БПЛА Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 97 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Женщина погибла, еще пять человек пострадали при атаке ВСУ на Елец Липецкой области.…
Мирошник: от ударов ВСУ за неделю погибли почти 29 жителей России, еще 170 получили ранения Мирошник: от ударов ВСУ за неделю погибли почти 29 жителей России, еще 170 получили ранения Удары Вооруженных сил Украины на минувшей неделе унесли жизни почти 30 мирных жителей РФ, включая троих детей, 170 человек, в том числе 12 несовершеннолетних, получили ранения. Об этом ТАСС сообщил…
В Крыму задержали агента СБУ, собиравшего данные о Черноморском флоте  В Крыму задержали агента СБУ, собиравшего данные о Черноморском флоте  Сотрудники ФСБ задержали в Крыму агента Службы безопасности Украины (СБУ), передававшего данные об объектах Черноморского флота. ТАСС собрал основное, что известно о задержании. О задержанном По данным ведомства, житель Ялты…
Тема дня
Европейские сателлиты США вдруг почувствовали вкус крови Европейские сателлиты США вдруг почувствовали вкус крови

США своими решениями и действиями за последние недели создали массу преимуществ для собственных подч...

Фото
Неандертальцы от Испании до Китая использовали зубы носорогов как орудия труда Неандертальцы от Испании до Китая использовали зубы носорогов как орудия труда

Чтобы выжить в палеолите, древним гомининам приходилось максимально эффективно использовать свои рес...

Опрос

Через месяц после начала войны в Иране на чьей стороне преимущество?

 

Анекдот дня

Март - блины, апрель - куличи, май - шашлыки... и куда, скажите, мне втиснуть эту вашу диету?!

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)".