Воскресенье 25 октября 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
20 лет после падения астероида Чиксулуб для Земли стали «полным кошмаром» 20 лет после падения астероида Чиксулуб для Земли стали «полным кошмаром» Падение астероида 66 миллионов лет назад, приведшее к вымиранию всех динозавров (за исключением птиц), стало началом периода хаоса и разрушений, сопровождавшегося катастрофическими землетрясениями и цунами. Результаты нового исследования были опубликованы…
Разделанные кости доказывают, что неандертальцы питались сурками и бобрами Разделанные кости доказывают, что неандертальцы питались сурками и бобрами Неандертальцы были очень приспособленными охотниками, которые с одинаковым удовольствием охотились как на мамонтов, так и на мелкую добычу, такую как зайцы и черепахи. Однако новые исследования добавили в рацион неандертальцев…
Исследователи считают, что рукопись Войнича переплели в неправильном порядке Исследователи считают, что рукопись Войнича переплели в неправильном порядке Более века рукопись Войнича ставила в тупик шифровщиков, лингвистов и медиевистов. Новое исследование предлагает новое объяснение этой проблемы. Кто-то неправильно переплел книгу в XV веке, поэтому страницы расположены в неправильном…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 616 беспилотников ВСУ МО: за ночь над регионами России сбили 616 беспилотников ВСУ Силы ПВО РФ за ночь перехватили и уничтожили 616 беспилотников ВСУ над регионами России и акваториями Азовского и Черного морей. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ один человек погиб, семеро пострадали Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ один человек погиб, семеро пострадали ВСУ за прошедшие сутки 138 раз атаковали территорию Белгородской области. Один человек погиб, семеро пострадали, сообщил губернатор Александр Шуваев в "Максе". "За минувшие сутки ВСУ 138 раз атаковали территорию Белгородской…
Клычков: в Орле при разборе завалов после атаки ВСУ нашли тела трех человек Клычков: в Орле при разборе завалов после атаки ВСУ нашли тела трех человек Тела трех погибших обнаружили во время разборов завалов после ракетного удара ВСУ по предприятию в Орле. Об этом сообщил в "Максе" губернатор Андрей Клычков. "В Орле продолжается ликвидация последствий террористической…
Тема дня
Выборы президента в Бразилии внезапно стали важны для всего мира Выборы президента в Бразилии внезапно стали важны для всего мира

В воскресенье Бразилия выберет президента, и по ряду причин этот выбор приобрел большое значение для...

Фото
Три из пяти массовых вымираний на Земле могли быть не такими, как считалось Три из пяти массовых вымираний на Земле могли быть не такими, как считалось

Палеонтологи использовали машинное обучение для систематизации ископаемых данных в потенциально наиб...

Опрос

Останется-ли Сербия дружественной России страной?

 

Анекдот дня

Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.

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.

Популярные новости
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)".