Вторник 29 сентября 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
Рыбы понимают, что что-то не так, когда сосед внезапно исчезает Рыбы понимают, что что-то не так, когда сосед внезапно исчезает Крошечные стеклянные рыбки способны чувствовать опасность, не видя угрозы, используя внезапное исчезновение находящихся поблизости рыб в качестве предупреждающего сигнала. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature. Рыба в стае наблюдает…
Младенцы используют свои эмоции способами, которые ученые только начали понимать Младенцы используют свои эмоции способами, которые ученые только начали понимать Выражение эмоций начинается рано, меняется с опытом и может формировать как социальные взаимодействия, так и личность человека, выражающего эти эмоции. Результаты исследования опубликованы в журнале Philosophical Transactions of the Royal…
Стрела возрастом 5000 лет найдена в результате таяния норвежских горных льдов Стрела возрастом 5000 лет найдена в результате таяния норвежских горных льдов Археологи обнаружили 48 доисторических стрел в тающем горном льду в норвежских горах Йотунхеймен. Одна из старейших стрел, возраст которой составляет от 5000 до 6000 лет, имеет сланцевый наконечник, деревянное древко…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 129 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 129 украинских БПЛА Средства ПВО за прошедшую ночь перехватили и уничтожили над регионами РФ, а также над акваторией Черного моря 129 украинских БПЛА самолетного типа. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение…
Поражены локомотивное депо и дата-центры в Киеве. Групповой удар ВС РФ по объектам на Украине Поражены локомотивное депо и дата-центры в Киеве. Групповой удар ВС РФ по объектам на Украине ВС России ночью нанесли групповой удар по логистическим центрам, объектам портовой и транспортной инфраструктуры, а также морским судам, задействованным в интересах ВСУ. Об этом сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал…
Погибли 14 человек. Главное о пожаре на предприятии в Ярославской области Погибли 14 человек. Главное о пожаре на предприятии в Ярославской области Пожар произошел на предприятии по производству петард в селе Кубринск под Переславлем-Залесским Ярославской области. По последним данным, погибли 14 человек, еще 1 женщина пострадала. ТАСС собрал основное о происшествии. Обстоятельства…
Тема дня
Европейские правые России отнюдь не друзья Европейские правые России отнюдь не друзья

Ни Ле Пен во Франции, ни Мелони в Италии, ни «Альтернатива для Германии» нам не друзья, никогда ими ...

Фото
Блуждающие чёрные дыры могут бродить по космосу, делясь историей родных галактик Блуждающие чёрные дыры могут бродить по космосу, делясь историей родных галактик

Большинство людей никогда не забывают свой первый дом, неся с собой воспоминания о нём, путешествуя ...

Опрос

Доживет ли Украина до своего 40-летнего юбилея?

 

Анекдот дня

Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!

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)".