Четверг 18 декабря 2025 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
Обнаружена планета Татуин, вращающаяся вокруг звёздной системы с двумя Солнцами Обнаружена планета Татуин, вращающаяся вокруг звёздной системы с двумя Солнцами Группа астрономов из Северо-Западного университета смогла получить прямое изображение экзопланеты, вращающейся вокруг двойной звездной системы, — открытие чрезвычайной редкости, которое бросает вызов существующим представлениям о динамике таких систем. Планета, масса…
JCI: Популярные препараты могут вызывать боли в мышцах JCI: Популярные препараты могут вызывать боли в мышцах Группа ученых из Колумбийского университета обнаружила, что статины порой становятся источником боли в мышцах из-за попадания кальция в клетки. Результаты исследования обнародованы в Journal of Clinical Investigation (JCI). Статины часто…
Тысячи лет назад люди жили гораздо роскошнее, чем считалось Тысячи лет назад люди жили гораздо роскошнее, чем считалось Археологи на севере Израиля обнаружили роскошное кремационное захоронение железного века, свидетельствующее об элитном образе жизни, дальней торговле и влиянии Ассирии, существовавшем тысячи лет назад. Долгое время жизнь в древнем мире…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией сбили 47 украинских БПЛА МО: за ночь над Россией сбили 47 украинских БПЛА Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 47 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Два члена экипажа погибли, еще трое получили ранения на судне в Ростове-на-Дону из-за…
В Волгодонске задержали студентку колледжа по подозрению в попытке теракта В Волгодонске задержали студентку колледжа по подозрению в попытке теракта Девушку, собиравшуюся передать бомбу чиновнику в Волгодонске, убедили в том, что в рюкзаке, который она ему понесёт, "деньги и прослушка" для чиновника, который "разглашает данные" и берёт взятки, сообщила ФСБ.…
ФСБ: жителя Челябинской области задержали по делу о госизмене ФСБ: жителя Челябинской области задержали по делу о госизмене Сотрудники управления ФСБ России по Челябинской области задержали местного жителя по подозрению в том, что он, действуя в интересах военизированного объединения Украины, проводил разведку транспортной инфраструктуры региона. Об этом ТАСС…
Тема дня
Путин: «Россия стала во всех смыслах суверенной страной» Путин: «Россия стала во всех смыслах суверенной страной»

За время СВО Россия вернула себе статус полного суверенитета, в том числе благодаря тому, что россий...

Фото
Распад бронзового века дал начало созданию первого военного корабля Распад бронзового века дал начало созданию первого военного корабля

В исследовании анализируются традиции судостроения, чтобы понять, как различные культуры восточного ...

Опрос

Что вы ждете от обсуждаемого сейчас плана Трампа по урегулированию украинского конфликта?

 

Анекдот дня

- Тебе, наверное, больше сорока?

- С чего ты взял?

- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.

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)".