Не больше молекулы

Исследователи из иерусалимского Еврейского университета и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе еще на один шаг приблизились к созданию микроскопического двигателя размером с молекулу.

В одном из материалов последнего выпуска престижного журнала «Science» ученые описали, как с помощью световых и электрических стимуляций сумели заставить молекулу совершать управляемое вращение вокруг собственной оси, подобно ротору двигателя. Последствия таких достижений обещают привести к разработке молекулярных приборов в нано-масштабе (одна миллиардная метра), что, в свою очередь, позволит проводить сложнейшие производственные и хирургические операции, с которыми не в состоянии справиться более крупное оборудование.

Статья была написана профессором Рои Баэром (Roi Baer) и его аспирантами из института химии при Еврейском университете. Профессор объяснил, что крошечные «машины» уже существуют в естественных биологических системах. К примеру, некоторые бактерии оснащены своего рода крохотным молекулярным двигателем, который вращает их жгутик (хвост) и тем самым позволяет им двигаться в окружающей субстанции, как это делают, скажем, сперматозоиды.

«Топливом», запускающим эти двигатели, служат энергетически обогащенные молекулы, в изобилии присутствующие в живой клетке и запрограммированые на высвобождение накопленной энергии. Особенно привлекает ученых идея разработки искуственных молекулярных двигателей — не обязательно ограниченных рамками живой клетки, — которыми можно управлять с помощью света или электричества. Такие искусственные двигательные действия уже достигались в прошлом, однако ученые из Иерусалима и Лос-Анджелеса утверждают, что именно они сумеют первыми получить управляемое движение. Это очень важно, потому как для того, чтобы двигатели-малютки имели конкретное применение, необходимо уметь останавливать, или блокировать их. Это даст возможность успешно использовать их, скажем, в качестве мини-переключателей, а также выполнять с их помощью другие механические операции.

«Молекулярные машины по-прежнему находятся в далеком будущем, — отмечает профессор Баэр, — но уже сейчас очевидно, что когда подобные технологии станут доступными, то станут возможными и разработка новых материй, и высокоточный контроль за их свойствами, а также манипуляция и вмешательство в самые тонкие процессы, протекающие в живой клетке. Все это способно принести огромную пользу медицинскому экспериментированию и, как результат, привести к таким способам лечения, которые сегодня едва можно себе представить» .

Использованная исследователями молекула состояла из четырех элементов — бора, углерода, никеля и водорода. Причем, ключевой составляющей стал никель, поскольку именно он играет в молекулах роль главного связующего звена. Разработанная модель состоит из двух сферических структур с обычной осью. При воздействии света или электричества верхняя сфера вращается под углом в 144 градуса по отношению к нижней. После ротации молекула блокируется в своей новой позиции. Измерив абсорбцию, эмиссию и рассеивание света от молекулы и используя детальные теоретические рассчеты, исследователи сумели изучить запутанный механизм работы молекулы. В настоящее время они пытаются химически привязать одну сферу молекулы к поверхности и присоединить молекулярную цепь к другой сфере, которая сможет выполнять заданные вращательные задачи (тип мини-двигателя). По словам ученых, в дальнейшем, расположив две молекулы вместе вдоль их осей, можно будет достичь вращения и под иным углом.