Понедельник 17 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   Теги ученые
Читайте также
Ученые выяснили, как мышечные клетки помогают восстанавливать сломанные кости Ученые выяснили, как мышечные клетки помогают восстанавливать сломанные кости Заживление переломов — сложный процесс, в котором участвуют разные типы клеток. Учёные давно знают, что остеобласты — клетки, формирующие костную ткань, — помогают восстанавливать повреждённые кости. Однако теперь исследователи обнаружили,…
Древние кости пингвинов хранят секреты климата, которые были скрыты миллионы лет Древние кости пингвинов хранят секреты климата, которые были скрыты миллионы лет Окаменелые кости пингвинов из Антарктиды — это не просто остатки вымершего вида. Согласно новому исследованию, они представляют собой химические архивы, сохраняющие информацию об условиях окружающей среды, в которой они были…
Один скрытый фактор может превратить похожие на Землю планеты в адские пейзажи Один скрытый фактор может превратить похожие на Землю планеты в адские пейзажи Венера вращается в 60 раз медленнее, чем показывают её облака. Новое исследование предупреждает, что сотни других планет могут ввести нас в заблуждение таким же образом. Астрономы готовятся изучить сотни планет,…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Погибший в Брянской области и 205 БПЛА. Атака ВСУ на российские регионы  Погибший в Брянской области и 205 БПЛА. Атака ВСУ на российские регионы  Российские средства противовоздушной обороны уничтожили 205 украинских беспилотников самолетного типа над регионами РФ и акваториями Азовского и Черного морей за прошедшую ночь. Об этом сообщили в Минобороны России. Один человек…
Шуваев: в Белгородской области из-за ракетного удара ВСУ погибли шесть человек Шуваев: в Белгородской области из-за ракетного удара ВСУ погибли шесть человек Вооруженные силы Украины обстреляли ракетами село Колосково Белгородской области. Шесть человек погибли, четверо пострадали, сообщил врио губернатора Александр Шуваев в "Максе". ТАСС собрал основное о происшествии. Ракетный удар по Белгородской…
Жителя Севастополя задержали за сбор данных об объектах Минобороны для Украины Жителя Севастополя задержали за сбор данных об объектах Минобороны для Украины Сотрудники ФСБ задержали по подозрению в госизмене 54-летнего жителя Севастополя, собиравшего для СБУ данные об объектах Минобороны России на полуострове. Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России.…
Тема дня
В миграционном цунами Сеуты виноват только Евросоюз В миграционном цунами Сеуты виноват только Евросоюз

Миграционный кризис в испанской Сеуте – а он развивается – вновь напомнил об одной из тяжелейших про...

Фото
Ученые превратили ДНК в устройство памяти, которое потребляет в 100 раз меньше энергии Ученые превратили ДНК в устройство памяти, которое потребляет в 100 раз меньше энергии

ДНК служит генетическим узором для каждого живого организма, но также чрезвычайно плотным способом х...

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)".