Четверг 23 июля 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
BS: современная жизнь выводит человеческий разум за пределы его возможностей BS: современная жизнь выводит человеческий разум за пределы его возможностей Для многих из нас современная жизнь может состоять из одного суматошного дня за другим. В новой статье, опубликованной в журнале Behavioral Sciences, социологи из Сингапура проанализировали предыдущие исследования и теории,…
Ученые объяснили, почему люди выросли почти вдвое больше своих предков Ученые объяснили, почему люди выросли почти вдвое больше своих предков На протяжении большей части нашей эволюционной истории предки человека увеличивались в размерах постепенно, поколение за поколением, медленно, шаг за шагом, в сторону увеличения роста. Затем, где-то между 2 и 2,5…
Охотники-собиратели завезли рыбу в горное озеро 7000 лет назад Охотники-собиратели завезли рыбу в горное озеро 7000 лет назад По меньшей мере 7000 лет назад охотники-собиратели перевезли бурую форель в горы Норвегии, чтобы её можно было добывать во время летних походов за пропитанием в высокогорье. Это единственное возможное объяснение…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Удары по складам Wildberries в Краснодаре и Невинномысске и 242 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Удары по складам Wildberries в Краснодаре и Невинномысске и 242 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за ночь перехватили 242 украинских беспилотника над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Логистические центры Wildberries в Краснодаре и ставропольском Невинномысске были атакованы ночью, сообщила основательница компании Татьяна…
Новые удары ВС России по украинским портам. Главное о результатах Новые удары ВС России по украинским портам. Главное о результатах Российские войска в ночь на 22 июля продолжили нанесение ударов по портам Украины, используемым для доставки военных грузов ВСУ, сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное о результатах. Заявление Минобороны…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека ВСУ атаковали территорию Белгородской области более 60 раз за прошедшие сутки. В результате погибли 2 мирных жителя, еще 13 получили ранения, сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в "Максе". "В…
Тема дня
Этническая преступность наконец-то потеряет прописку в России Этническая преступность наконец-то потеряет прописку в России

Госдума приняла два крупных закона, заметно ужесточающих миграционную политику. Вдвое расширены осно...

Фото
Выявлена связь между переходом на летнее время и болезнями глаз Выявлена связь между переходом на летнее время и болезнями глаз

Весенний перевод часов коррелирует с нарушением сна и высокой усталостью, также он усиливает риски с...

Опрос

Как вы оцениваете риск возникновения военного конфликта в Молдавии и Приднестровье?

 

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)".