Лебедка с наноузлами
После строительных блоков наука теперь обращается к инструментам своего нового нано-конструктора. Трубки с крошечными самозатягивающимися узлами были бы элегантным способом манипулирования микрочастицами в жидких средах.
Если вы умеете завязывать шнурки, вам будет намного легче убежать от матери и отца и с любопытством исследовать огромный мир. Но какая хитрая, сложная штука с двумя нитями. Они должны крепко держаться вместе, но при необходимости их можно будет легко разъединить. Лучшая механика, требующая сложных моторных навыков.
Не только мы, люди, ценим хороший узел - природа снова опережает нас на миллиарды лет. По-видимому, он использует узлы в каждой клетке, которые скручивает в белки и завязывает в молекулы РНК, из которых развиваются ферментативные способности. Чуткие ученые не могут позволить себе быть скупыми и подражать модели с энтузиазмом раннего детства: они используют оптический пинцет, чтобы сплетать петли и узлы в белковые нити или нити ДНК. Возможно, как они надеются, из этого появятся подходящие инструменты, чтобы, наконец, получить контроль над крошечными строительными блоками столь хваленой нанотехнологии и поставить их на желаемые позиции. Иначе какой толк от всех многочисленных красивых винтов, моторов, рычагов и рук размером с молекулу, если они лежат пестро рядом друг с другом? Здесь тоже каждый ребенок знает: чтобы сделать маленькую игрушку, нужно сложить строительные блоки.
Группа физико-химиков под руководством Татьяны Лобовкиной из Технологического университета Чалмера в Швеции теперь бросает в коробку новый многообещающий инструмент. Исследователи закрепили на поверхности шарики диаметром с небольшую клетку. Между ними они протянули нанотрубки, которые, имея длину около 200 нанометров, были значительно тоньше, чем бактерия, но имели длину в сотни микрометров. Ученые использовали двухслойные липидные мембраны, подобные тем, что окружают биологические клетки. С помощью флуоресцентного микроскопа они наблюдали за поведением своей маленькой сети.
Оказалось, что на нанотрубки можно воздействовать локальными электрическими полями. Например, две трубы могут быть соединены вместе. Когда исследователи снова выключали поле, точка соединения мигрировала по липидной нити до тех пор, пока система не находила свое энергетически наиболее стабильное состояние в Y-образной структуре. Короткими электрическими импульсами можно было целенаправленно разрезать трубы.
В общем, в этом и был весь фокус. С помощью искусных слияний, самодействующих перемещений и целенаправленного разрезания команда Лобовкиной смогла по желанию создавать петли и узлы в сети нанотрубок. Удивительной была большая механическая стабильность липидных нитей. Даже при относительно сильном рывке микропипеткой трубки порвались не в узле, а в месте соединения с бусиной.
Но что вы можете сделать с этими новыми навыками? Физические химики рассматривают свои блуждающие узлы как своего рода подъемный кран или лебедку на молекулярном уровне. С помощью липидных нитей петли можно наматывать на вытянутые наноструктуры и тянуть практически в любом направлении, используя присущее системе стремление к энергетически выгодному состоянию. Возможно, правильный инструмент для установки нанорычага в правильное положение. Возможно, трюк с петлей сделает наноисследования долгожданным шагом в мир, полный новых приключений.