Вторник 18 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
Выявлен мозговой путь, помогающий матерям устанавливать связь с младенцами Выявлен мозговой путь, помогающий матерям устанавливать связь с младенцами Уход за новорожденным требует огромных усилий. Молодая мать кормит, согревает, убирает и охраняет своего малыша практически круглосуточно. Что-то в её мозгу должно оправдать все эти усилия. Долгое время открытым оставался…
Древние люди выработали удивительный способ выживания в ледниковый период Древние люди выработали удивительный способ выживания в ледниковый период За последние несколько сотен тысяч лет мир сильно изменился, порой настолько, что эволюции, казалось бы, трудно за ним угнаться. Однако наш вид обладает удивительной устойчивостью, неоднократно находя способы выживания в…
Химический состав Земли колебался во время пяти крупнейших массовых вымираний Химический состав Земли колебался во время пяти крупнейших массовых вымираний Жизнь на Земле, начиная с простых микроорганизмов, которые эволюционировали и диверсифицировались до невероятного разнообразия видов, существующих сегодня, всегда была бурной. Массовые вымирания происходят, казалось бы, без предупреждения, уничтожая бесчисленное количество…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Одна из самых масштабных атак с начала года и 791 БПЛА. Атака ВСУ на российские регионы Одна из самых масштабных атак с начала года и 791 БПЛА. Атака ВСУ на российские регионы Атака беспилотников ВСУ в ночь на 18 августа стала одной из самых массированных с начала года, следует из подсчетов ТАСС на основе данных Минобороны России. Над регионами страны, акваториями Азовского…
Шуваев: за сутки в Белгородской области от атак ВСУ пострадали 20 человек Шуваев: за сутки в Белгородской области от атак ВСУ пострадали 20 человек Вооруженные силы Украины продолжают атаковать территорию Белгородской области, за минувшие сутки в результате ударов ранения получили 20 мирных жителей. Об этом сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев. "В Белгороде, Белгородском,…
Мирошник: 69 мирных жителей России погибли за неделю от ударов ВСУ Мирошник: 69 мирных жителей России погибли за неделю от ударов ВСУ На территории РФ от обстрелов киевского режима в период с 10 по 16 августа погибли 69 мирных жителей, в числе которых 3 детей. Еще 406 гражданских ранены, включая 16 несовершеннолетних,…
Тема дня
Как русские солдаты выиграли последний бой Второй мировой войны Как русские солдаты выиграли последний бой Второй мировой войны

18 августа 1945 года советские войска начали высадку на остров Шумшу. Это был самый близкий к Камчат...

Фото
Ученые изучили, как музыка и речь создают похожие образы в мозге Ученые изучили, как музыка и речь создают похожие образы в мозге

Исследователи Принстонского университета обнаружили сходство между реакцией мозга на музыку и устные...

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)".