Четверг 27 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
Золотые дукаты французских мушкетеров времен Д’Артаньяна помогли ученым ИИМК РАН датировать пожар в Старой Ладоге Золотые дукаты французских мушкетеров времен Д’Артаньяна помогли ученым ИИМК РАН датировать пожар в Старой Ладоге Смута начала XVII века привела в Старую Ладогу французских наемников, которые на несколько месяцев захватили крепость и оказались необычно далеко к востоку от основных европейских театров военных действий своего времени.…
Ученые создали печенье из переработанного пластика Ученые создали печенье из переработанного пластика Пластиковые бутылки и сельскохозяйственные отходы можно переработать в съедобное печенье с помощью генетически модифицированных дрожжей. Члены команды, стоящей за этой инициативой, в настоящее время ожидают одобрения учреждения, чтобы попробовать продукт.…
Ученые обнаружили главный регулятор температуры Земли Ученые обнаружили главный регулятор температуры Земли Согласно новым исследованиям, скорость глобального потепления может определить, достигнет ли Атлантическая Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC) критической точки и произойдет ли ее коллапс. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Climate…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Пожар на складе Wildberries в Котовске и 426 БПЛА. Ночная атака ВСУ на российские регионы Пожар на складе Wildberries в Котовске и 426 БПЛА. Ночная атака ВСУ на российские регионы Средства ПВО за прошедшую ночь перехватили и уничтожили над регионами России 426 украинских беспилотников самолетного типа. Об этом сообщили в Минобороны РФ. В результате атаки БПЛА произошел пожар в логистическом…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек Вооруженные силы Украины атаковали Белгородскую область порядка 150 раз за сутки, в результате погиб мирный житель, еще 12 получили ранения. Об этом сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в "Максе".…
Хинштейн: за сутки ВСУ 117 раз обстреляли из артиллерии Курскую область Хинштейн: за сутки ВСУ 117 раз обстреляли из артиллерии Курскую область Вооруженные силы Украины 117 раз обстреляли из артиллерии районы Курской области, 205 беспилотников было сбито в регионе за прошедшие сутки. Погибших и пострадавших нет, сообщил губернатор региона Александр Хинштейн. "Всего…
Тема дня
Швеция намерена радикально изменить методы шпионажа против России Швеция намерена радикально изменить методы шпионажа против России

Парламент Швеции одобрил создание Службы внешней разведки (UND). Новое ведомство приступит к работе ...

Фото
Электрически заряженные капли дождя могут вызывать коррозию металла  Электрически заряженные капли дождя могут вызывать коррозию металла 

Металлы повсюду нуждаются в защите от коррозии — от любимых автомобилей до знаковых зданий, скульпту...

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)".