Пятница 20 июня 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
В организме человека обнаружена неизвестная форма жизни В организме человека обнаружена неизвестная форма жизни Группой сотрудников Стэнфордского университета сделано сенсационное открытие: им удалось выявить в организме человека неизвестную форму жизни. Результаты этого исследования серьёзно меняют представления о человеческой биологии, сообщает журнал Cell. Специалисты Стэнфордского…
Лингвисты выяснили, что европейские гунны имели древние сибирские корни Лингвисты выяснили, что европейские гунны имели древние сибирские корни Новые лингвистические данные показывают, что европейские гунны имели палеосибирских предков и не происходят, как предполагалось ранее, от тюркоязычных групп. Совместное исследование было проведено Свенья Бонманн из Кельнского университета и Саймоном…
Прежде чем расселиться из Африки, люди процветали в различных средах обитания Прежде чем расселиться из Африки, люди процветали в различных средах обитания Сегодня известно, что все неафриканцы произошли от небольшой группы людей, которые отправились в Евразию около 50 тысяч лет назад. Однако ископаемые свидетельства показывают, что до этого времени было множество неудачных…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 61 украинский БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 61 украинский БПЛА Российские средства ПВО перехватили и уничтожили 61 украинский БПЛА над регионами России за ночь. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи в период с 20:00 мск 19…
Правительство скорректировало границы России в Балтийском море Правительство скорректировало границы России в Балтийском море Правительство утвердило обновленный перечень географических координат точек, определяющих положение исходных линий, от которых отмеряется ширина территориального моря России, прилежащей зоны страны у материкового побережья и островов России в Балтийском море.…
ERR: Эстония начала строить линию обороны у границы с Россией ERR: Эстония начала строить линию обороны у границы с Россией Силы обороны Эстонии совместно с Государственным центром оборонных инвестиций страны приступили к строительству защитных сооружений в юго-восточной части балтийской республики у границы с Россией, которые станут частью так называемой Балтийской…
Тема дня
Почему во Франции вдруг заметили нацизм на Украине Почему во Франции вдруг заметили нацизм на Украине

Ведущие французские СМИ много лет игнорировали реальность и отказывались признавать массовое присутс...

Фото
Революция в медицине: как CRISPR 2.0 меняет подход к генетическим болезням Революция в медицине: как CRISPR 2.0 меняет подход к генетическим болезням

Современные методы редактирования генома открывают новые горизонты в лечении ранее неизлечимых забол...

Опрос

Нужно ли разрешить западным брендам возвратиться в Россию?

 

Анекдот дня

Евросоюз осудил Тегеран за нападение Израиля на Иран и в ответ ввел очередной пакет санкций против России.

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.

КАК ЗАРАБОТАТЬ НА ИИ ЕСЛИ ТЫ НЕ ПРОГРАММИСТ?
ПРОФЕССИИ, КОТОРЫЕ ВЫМРУТ ЧЕРЕЗ 5 ЛЕТ И ЧТО С ЭТИМ ДЕЛАТЬ?
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)".