Шаг к созданию крошечных двигателей в масштабе молекулы был продемонстрирован исследователями из Еврейского университета в Иерусалиме и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA).
В статье, опубликованной в текущем выпуске журнала Science, исследователи из двух институтов описали, как они смогли - с помощью света или электрической стимуляции - заставить молекулу вращаться вокруг оси контролируемым образом, подобно к действию мотора.
Последствия такого достижения могут привести к разработке молекулярных устройств в «нано» масштабе (одна миллиардная часть метра), способных управлять промышленными или хирургическими процессами, с которыми не может справиться более крупное оборудование.
Исследователи, написавшие статью для журнала Science, - профессор Рой Баер из Института химии Еврейского университета в Иерусалиме, а также его аспирант Эстер Лившиц и профессор Даниэль Нойхаузер, профессор М. Фредерик. Хоторн, д-р Джеффри И. Зинк, Джонни М. Скелтон, д-р Майкл Дж. Байер и Крис Лю из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
проф. Бэр объяснил, что крошечные «машины» уже существуют в естественных биологических системах. Например, некоторые бактерии оснащены небольшим молекулярным мотором, который вращает жгутик и позволяет бактериям двигаться и ориентироваться в воде. «Топливо» для этих моторов - это богатые энергией молекулы, которыми изобилует живая клетка, запрограммированные на высвобождение накопленной энергии.
Задача ученых состоит в том, чтобы спроектировать искусственные молекулярные двигатели, не обязательно ограниченные живыми клетками, которыми можно управлять и питать их с помощью света или электричества. Такие искусственные двигательные действия были достигнуты в прошлом, но команда Еврейского университета и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе говорит, что впервые удалось добиться движения, которое можно остановить. Это важно, потому что для того, чтобы крошечный молекулярный двигатель имел какое-либо практическое значение, он должен быть способен останавливаться или фиксироваться в заданном положении. Это позволит использовать молекулярные устройства, например, в качестве крошечных переключателей или для выполнения других механических задач.
Молекулярным машинам еще предстоит пройти долгий путь, сказал профессор Баер. Но ясно, что когда такая технология станет доступной, можно будет разрабатывать новые материалы и управлять их свойствами с чрезвычайно высокой точностью. Также можно будет манипулировать и вмешиваться в самые деликатные процессы в живой клетке - с невообразимыми в настоящее время преимуществами для медицинских экспериментов и, в конечном счете, для лечения.
Молекула, использованная исследователями, состояла из четырех элементов - бора, углерода, никеля и водорода. Никель был ключом к процессу, так как он способен соединяться в молекулах несколькими способами.
Разработанная модель состоит из двух сферических структур с общей осью. При воздействии света или электрической стимуляции верхняя сфера поворачивается относительно нижней на угол 144 градуса. После этого поворота молекула фиксируется в новом положении.
Измеряя поглощение, испускание и рассеяние света молекулой и используя подробные теоретические расчеты, исследователи смогли изучить сложный механизм работы молекулы. Сейчас они пытаются найти способ химического связывания одной из сфер молекулы с поверхностью и присоединения молекулярной цепи к другой сфере, способной выполнять вращательную задачу по требованию (своего рода мини-мотор). Кроме того, соединив две молекулы вдоль их осей, говорят ученые, можно добиться поворота, отличного от 144 градусов.