Суббота 06 сентября 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
AC&R: Развеян миф об основной причине хруста в коленях AC&R: Развеян миф об основной причине хруста в коленях Хруст и потрескивание в коленях часто связывают с началом развития артрита. Это распространённое мнение опровергли специалисты из австралийского Университета Ла Троб. Результаты их исследования обнародованы в специализированном медицинском журнале Arthritis…
Названы симптомы, что грозят внезапной остановкой сердца Названы симптомы, что грозят внезапной остановкой сердца Группой шведских сотрудников Гетеборгского университета определены шесть основных симптомов, часто предшествующих внезапной остановке сердца. Данные выводы сделаны благодаря масштабному исследованию, задачей которого было исследование причин сердечных смертей в молодом возрасте.…
Землетрясения в Турции спровоцировали извержения в Азербайджане Землетрясения в Турции спровоцировали извержения в Азербайджане Мощные землетрясения порой провоцируют неожиданные геологические последствия в тысячах километров от эпицентра. Новое исследование отследило, как сейсмическое ЧП в Турции в 2023 году спровоцировало в Азербайджане извержения грязевых вулканов и…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 92 украинских беспилотника МО: за ночь над регионами России сбили 92 украинских беспилотника Силы ПВО за ночь уничтожили и перехватили 92 украинских беспилотника над регионами России, Черным и Азовским морями, сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и…
Договоренности с Киевом, экономика высоких зарплат и доверие. Заявления президента Путина на ВЭФ Договоренности с Киевом, экономика высоких зарплат и доверие. Заявления президента Путина на ВЭФ Россия открыта, ни от кого не отгораживается и не будет замыкаться "в национальной скорлупе", кроме того, российский двуглавый орел смотрит не только на запад и восток, но и на юг.…
Отношения с США и приглашение Зеленского в Москву. О чем рассказал Песков Отношения с США и приглашение Зеленского в Москву. О чем рассказал Песков Президент России Владимир Путин признателен лидеру США Дональду Трампу за его мирные усилия и конструктивные отношения в целом, заявил пресс-секретарь президента РФ Дмитрий Песков в интервью ТАСС на ВЭФ. Однако…
Тема дня
Где Европа пытается найти «пушечное мясо» для ВСУ Где Европа пытается найти «пушечное мясо» для ВСУ

Будет ли Европа воевать с Россией? Идея отправки регулярных войск европейских стран на Украину крайн...

Фото
Антисоциальные черты связаны с притупленной реакцией мозга на сердитые лица Антисоциальные черты связаны с притупленной реакцией мозга на сердитые лица

Новое исследование нейровизуализации, опубликованное в журнале Journal of Psychiatric Research, пока...

Опрос

Когда закончится СВО?

 

Анекдот дня

Если тебе когда-нибудь придет в голову мысль, что в твоем возрасте не подобает чего-либо делать, просто напомни себе, что ты никогда уже не будешь таким молодым, как сегодня.

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)".