Понедельник 15 декабря 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
npj Aging: Озвучен неочевидный фактор ускорения старения сердца npj Aging: Озвучен неочевидный фактор ускорения старения сердца Непролеченое обструктивное апноэ заметно ускоряет старение сердечно-сосудистой системы, повышая риски преждевременной летальности. Таков вывод исследователей из новой работы коллектива учёных из Медицинской школы Университета Миссури и Медицинской школы Джоан Эдвардс…
Открыт новый способ «перезарядки» стареющих человеческих клеток Открыт новый способ «перезарядки» стареющих человеческих клеток В издании PNAS появились итоги нового исследования, которое продемонстрировало перспективный метод восстановления клеточной активности через замену их митохондрий. С возрастом число и продуктивность этих энергетических клеток снижаются, повышая риски патологий…
Целью российской миссии на Венеру названы поиски маркеров жизни Целью российской миссии на Венеру названы поиски маркеров жизни 9 декабря президент Российской академии наук Геннадий Красников в ходе встречи с президентом России Владимиром Путиным обсудил с главой государства задачи будущей российской миссии на Венеру. Академик рассказал, что в…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за вечер и ночь над регионами России силы ПВО сбили 235 украинских БПЛА МО: за вечер и ночь над регионами России силы ПВО сбили 235 украинских БПЛА Российские средства ПВО в ночное время перехватили и уничтожили 235 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "Всего в ночное время дежурными средствами ПВО перехвачено и уничтожено 235 украинских…
В НАТО призвали готовиться к глобальному морскому противостоянию с Россией  В НАТО призвали готовиться к глобальному морскому противостоянию с Россией  Североатлантическому альянсу следует пересмотреть свои стратегические рамки и готовиться к противостоянию с Россией, которое выйдет за пределы "Битвы за Атлантику" или сухопутных операций в Европе. Такой вывод содержится в последнем…
Президент Белоруссии Лукашенко помиловал более 100 граждан различных стран Президент Белоруссии Лукашенко помиловал более 100 граждан различных стран Президент Белоруссии Александр Лукашенко принял решение о помиловании 123 осужденных за шпионаж, терроризм и экстремизм граждан различных стран. Об этом сообщил близкий к пресс-службе белорусского лидера Telegram-канал "Пул первого". В…
Тема дня
Финский путь в НАТО обернулся для страны-неудачницы экономической депрессией Финский путь в НАТО обернулся для страны-неудачницы экономической депрессией

Финляндия переживает болезненное пробуждение. Некогда образцовая страна еврозоны, строго следившая з...

Фото
Теплые и влажные «атмосферные реки» угрожают Антарктиде Теплые и влажные «атмосферные реки» угрожают Антарктиде

В мае 2009 года на станции Принцессы Елизаветы, отдаленном бельгийском исследовательском форпосте в ...

Опрос

Что вы ждете от обсуждаемого сейчас плана Трампа по урегулированию украинского конфликта?

 

Анекдот дня

- Тебе, наверное, больше сорока?

- С чего ты взял?

- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.

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)".