Пятница 28 августа 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
Превращение огненного шара в метеорит занимает 7 шагов – больше, чем считалось Превращение огненного шара в метеорит занимает 7 шагов – больше, чем считалось Ранее предполагалось, что образование метеорита — довольно простой процесс. Космический камень падает в атмосферу, подвергается сильному трению, распадается и оседает на земле. Но новые исследования показали, что на самом деле…
Ученые воссоздали звуки юрских насекомых Ученые воссоздали звуки юрских насекомых Используя лазеры, компьютерные модели и искусственный интеллект, исследователи реконструировали звуки, издаваемые 165-миллионолетними родственниками современных сверчков и кузнечиков по окаменелым фрагментам крыльев, найденным в Китае; одно из этих ископаемых насекомых издавало…
Взаимодействие между поколениями меняет то, как работают два мозга Взаимодействие между поколениями меняет то, как работают два мозга В новом исследовании, проводившемся в течение шести недель, отслеживалась динамика сближения молодых и пожилых незнакомцев, и была выявлена неожиданная закономерность в активности их мозга. Результаты были опубликованы в журнале PLOS…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Повреждены дом в Севастополе и «Магнит» в Подмосковье. Атака украинских БПЛА на российские регионы Повреждены дом в Севастополе и «Магнит» в Подмосковье. Атака украинских БПЛА на российские регионы Российские средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ 512 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. В Павловском Посаде БПЛА попал в магазин "Магнит",…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека Вооруженные силы Украины атаковали Белгородскую область более 130 раз за сутки, в результате погибли два мирных жителя, еще девять получили ранения. Об этом сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в…
В Ярославской области при атаке БПЛА погиб человек, еще 27 пострадали В Ярославской области при атаке БПЛА погиб человек, еще 27 пострадали Вооруженные силы Украины атаковали территорию Ярославской области с помощью беспилотников, в результате 1 человек погиб, 27 получили ранения. Об этом сообщил губернатор региона Михаил Евраев. "В результате атаки погиб человек.…
Тема дня
Полгода войны с Ираном привели Дональда Трампа к «Анабазису» Полгода войны с Ираном привели Дональда Трампа к «Анабазису»

Иранцы описывают войну с Америкой стихами Фирдоуси. Они сравнивают Трампа с легендарным царем Турана...

Фото
Что-то в облаках Венеры поглощает поразительное количество солнечного света Что-то в облаках Венеры поглощает поразительное количество солнечного света

Новые исследования устанавливают строгие ограничения на неизвестное «вещество», ответственное за тем...

Опрос

Кто первый посягнет на западные регионы Украины?

 

Анекдот дня

Ощущение, что кто-то просыпается и говорит: "Алиса, сделай ещё хуже."

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)".