Новости бизнесаСтатьиАналитические колонкиДеньгиКурс валютБизнес технологии
Главная > Новости бизнеса > Hi-Tech > Молекулярные машины: за что дали Нобелевскую премию по химии -2016

Молекулярные машины: за что дали Нобелевскую премию по химии -2016

Среда, 5 октября 2016 г.

Следите за нами в ВКонтакте, Facebook'e и Twitter'e

Нобелевскую премию по химии в 2016 году вручили за проектирование и синтез молекулярных машин. Что это такое и как это работает, рассказывает «ПМ».





Все живое можно представить как мир молекулярных машин. Казалось бы, в микромире очень много случайного, стохастического движения. И тем не менее молекулы движутся, зацепляются друг за друга подобиями шестерней, сообщают друг другу движение, причем выполняют все эти действия с большой точностью. Соваж и молекулярные замки

Еще в начале восьмидесятых французский химик Жан-Пьер Соваж решил выяснить, как работают молекулы с точки зрения механики, какие механизмы приводят их в движение. В 1985 году он описал устройство и механику молекулярных узлов, состоящих из макрогетероциклических молекул. Читать далее

Предметом его изучения стали «молекулы-замки» — катенаны. Они состоят из двух и более кольцевых молекул. В экспериментах Соваж использовал криптанды — сложные циклические молекулы, содержащие в цикле атомы, отличные от атомов углерода. Находясь рядом с криптандами, разветвленные молекулы катенанов выстраивались так, чтобы замкнуть кольцо вокруг фрагмента криптанда. В результате получались конструкции, напоминающие два звена цепи. Эти конструкции положили начала координационной химии; будущее было за созданием таких молекул, которые не только организовывались в предсказуемые пространственные структуры, но и двигались в их пределах. Стоддарт и молекулярные челноки

Фрейзеру Стоддарту из Северо-западного Университета в Ивастоне (США), пошедшему по стопам Саважа, удалось собрать из молекул относительно простое устройство, на основе которого работают многие современные молекулярные механизмы. Устройство предстваляло собой соединение роксатана.

Молекула роксатана выглядит как муфта, которая движется вдоль оси, концы которой увенчаны крупными навершиями. Эти навершия не дают муфте соскочить. На противоположных концах оси находятся группы атомов, которые способны связываться с «муфтой». Стоддарт установил, что «муфта» может перемещаться от одной такой группы к другой. Эта молекула и стала первым молекулярным челноком.

В 1994 году Стоддарт изменил устройство своего шаттла: теперь на концах «оси» находились не одинаковые, а разные группы атомов. Изменяя кислотность раствора, в котором плавали молекулярные перевозчики, можно было управлять активностью каждой из них и целенаправленно заставлять муфту двигаться.

Машины Стоддарта строились на двух принципах, которые унаследовали все следующие поколения молекулярных машин. Первый из них гласит, что связь между подвижными частями машины или подвижной и не подвижной не должна иметь ковалентную природу. Ковалентные связи слишком сильные для того, чтобы их можно было легко разрывать и снова создавать. Вместо этого для движущихся частей машин используется электростатическое притяжение между частями молекул, имеющих полярные электрические моменты.

Второй принцип заключается в том, что «шаттлам» не должен быть нужен внешний источник энергии. Они получают энергию от броуновских столкновений с другими молекулами в растворе.

Свой механизм Стоддарт использовал для создания устройства хранения информации на основе сотен челноков. Пойманные в ловушку между кремниевым слоем и титановыми электродами, ротаксаны с помощью электричества перемещают «муфту» вперед и назад — получаются своеобразные молекулярные «счеты» 13 мкм длиной, способны хранить 160000 бит информации и настолько малы, что 100 гигабит с их помощью может поместиться на 1 квадратном сантиметре. Это сравнимо с технологиями записи данных, которые используются в современных жестких дисках. Ферринга и молекулярные двигатели

В 1999 году наука о молекулярных машинах сделала еще один гигантский скачок вперед. На основе челноков Стоддарта голландский ученый Бен Феринга создал первый в истории молекулярный мотор. Он представлял собой одну крупную молекулу, содержаю два одинаковых блока, соединенных двойной углерод-углеродной связью. Пока связь была цела, система находилась в равновесии, но ее легко можно было привести в движение лучом света, который способен частично разрушить двойную связь C-C. Когда связь нарушается, блоки начинают вращаться друг относительно друга. Особенно важно было то, что геометрия блоков позволяла им вращаться только в одном направлении. Пока работал источник энергии — света или тепла — мотор продолжал крутиться.

Ферринга пошел дальше и на основе своего мотора построил четырехколесный «наноавтомобиль» (!), способный «ехать» в заданном направлении под действием света.

Самым удивительным свойством молекулярных машин оказалось то, что они, как и их аналоги из макромира, способны перемещать объекты крупнее себя. Молекулярный моторчик Ферринги способен увезти на себе стеклянную чешуйку, масса которой в 10 000 раз превышает массу молекулы.

[embedded content]

Как было отмечено сегодня во время объявления имен лауреатов Нобелевской премии, молекулярные механизмы во многом остаются игрушкой ума, не находя практического применения: их слишком сложно построить и еще сложнее заставить работать. Но фундаментальные открытия, стоящие за кажущейся простотой их конструкции, уже применяются в реальной технике.

Главная область применения молекулярных механизмов — адресная доставка лекарств. В июле 2015 года команда американских ученых разработала управляемое светом вещество — аналог известного лекарства от рака, комбретастина А-3. Комбретастин печально известен тем, что наряду с опухолями атакует и здоровые ткани. Залог его правильной работы — точная доставка к раковым клеткам. Управляемую светом молекулу, в которой азот-азотная связь рвется и заставляет молекулярные «педали» вращаться только под действием синего света, можно направлять в нужное врачам место площадью всего около 100 мкм2.

Следите за нами в ВКонтакте, Facebook'e и Twitter'e


Просмотров: 165
Рубрика: Hi-Tech
(CY)

Архив новостей / Экспорт новостей

Ещё новости по теме:

12: 21
ЦУП заявил о преждевременности выводов о причинах аварии «Прогресса» |
12: 21
Локальная root-уязвимость в ядре Linux |
12: 21
Western Digital и Samsung продлили соглашение о взаимном лицензировании |
12: 01
Появился новый способ кражи денег через WhatsApp |
12: 01
Нейробиологи нашли разгадку фрески Микеланджело |
12: 01
Первый снег и действительно большая авария |
12: 01
В следующем году Google полностью перейдёт на использование возобновляемой энергии |
12: 01
Xiaomi Mi Note 2 с плоским экраном ждать не стоит |
12: 01
SoulCalibur отмечает свое двадцатилетие |
11: 41
С док-станицей Nintendo Switch может стать производительнее |
11: 41
Глянцево-черный Samsung Galaxy S7 edge могут выпустить уже на этой неделе |
11: 21
У Truly Opto-Electronics готовы образцы панелей AMOLED, изготовленные на оборудовании, купленном у Samsung Display |
11: 21
Беспошлинный лимит покупок в Интернете будет снижен с 1000 до 200 евро к 2019 году |
11: 21
Intel может начать использовать графические чипы AMD в своих процессорах |
11: 21
У Elephone S7 Limited Edition внутри пламенное сердце MediaTek Helio X25 |
11: 21
Работа над телевизионными сериалами и фильмами по Streets of Rage и Altered Beast идет полным ходом |
11: 01
Nintendo заплатит до 20 000 долларов за найденные уязвимости 3DS |
11: 01
Центр управления полетами назвал причину падения «Прогресса» |
11: 01
Лучшие компании США для работы в 2017 году — отчет Glassdoor |
10: 41
10 животных с самыми мощными укусами |
10: 41
НАСА построит аппарат для ремонта и заправки спутников |
10: 21
Гибкий смартфон-«раскладушка» Samsung — детали на изображениях |
10: 01
BetterBack — пояс для исправления и поддержания осанки |
09: 41
Кесарево сечение сделало младенцев крупнее? |
09: 41
«Ведомости»: «Евросеть» готова возобновить продажи смартфонов Samsung |
17: 21
МТС запустил приложение МТС ТВ на Apple TV |
16: 41
Угонщика заперли в машине через интернет |
16: 41
Криотехнологии: современные достижения и прогнозы на будущее |
16: 21
Одноклассники запустили денежные переводы группам |
16: 21
Доля Android Nougat растет, но крайне медленно |
16: 21
Кейс из России: Как «Атлас» продавал тесты в «Черную пятницу» при помощи онлайн-голосования в Facebook Live |
Новости бизнесаСтатьиАналитические колонкиДеньгиКурс валютБизнес технологии
Rating@Mail.ru
Условия размещения рекламы

Наша редакция

Обратная связь

RosInvest.Com не несет ответственности за опубликованные материалы и комментарии пользователей. Возрастной цензор 16+.

Ответственность за высказанные, размещённую информацию и оценки, в рамках проекта RosInvest.Com, лежит полностью на лицах опубликовавших эти материалы. Использование материалов, допускается со ссылкой на сайт RosInvest.Com.

Skype: rosinvest.com (Русский, English, Zhōng wén).

Архивы новостей за: 2016, 2015, 2014, 2013, 2012, 2011, 2010, 2009, 2008, 2007, 2006, 2005, 2004, 2003