Создан первый молекулярный мотор
Европейские химики создали полностью синтетический молекулярный мотор, способный перемещать макроскопические объекты.
По словам Дэвида Ли (David Leigh) из Эдинбургского университета (Великобритания), его группе удалось впервые в мире успешно применить молекулярный двигатель для перемещения в пространстве макрообъекта. До этого исключительная монополия на использование молекулярных моторов принадлежала Природе, которая широко применяет их для сокращения мышечных волокон, трансформации световых сигналов, воспринимаемых сетчаткой глаза, в нервные импульсы и выполнения других тонких задач.
Основу молекулярного мотора составляют так называемые "нано-шаттлы", созданные Дэвидом Ли совместно с коллегами из Болонского университета (Италия) и Центра физических исследований при Гронингенском университете (Нидерланды). Они представляют собой длинные углеводные цепочки, на каждую из которых "нанизано" кольцо из органических молекул, химически не связанное с "осью". За счет тепловых флуктуаций кольцо может хаотически перемещается вдоль углеводной цепочки. Чтобы оно не соскочило, на концах цепочек расположены специальные группы, способные удерживать кольцо за счет водородных связей.
Одна из этих групп чувствительна к ультрафиолетовому излучению, а другая построена на основе тефлона. В обычных условиях кольцо, хаотически перемещаясь, соединяется с первой группой, оставляя тефлоновый "наконечник" свободным. Если же молекулярный мотор облучить ультрафиолетом, водородная связь разрывается, кольцо отцепляется, перемещается к тефлоновой части углеводной цепочки и снова "прилипает" к новому хозяину.
В поставленном исследователями эксперименте слой таких "нано-шаттлов" покрывал золотую поверхность. Включение и выключение источника ультрафиолета позволяло управлять свойствами поверхности, произвольным образом меняя ее смачиваемость. Изменение смачиваемости поверхности, в свою очередь, обусловливало перемещение лежащей на поверхности капли воды.
На видеоролике, сопровождающем публикацию в журнале Nature, видно, как под действием ультрафиолетового света капля жидкости размером около двух миллиметров сплющивается и начинает медленно ползти по поверхности. На другом ролике капля поднимается по склону под углом 12 градусов. Нельзя сказать, что этот механизм работает быстро. Заметного (на несколько миллиметров) перемещения капли приходится ждать несколько минут. Однако масштаб этого передвижения в несколько миллионов раз больше размеров самого молекулярного мотора. Это все равно как если бы миллиметрового размера двигатель мог перемещать вас на километровые расстояния.
Конечно, данный эксперимент в большей мере – демонстрация принципиальной возможности создания искусственных молекулярных моторов, чем практически полезное приспособление, однако Дэвид Ли допускает, что подобный метод может использоваться для прокачки жидкости через тонкие капилляры, например, в кремниевых чипах. Обычные насосы не справляются с такой работой, поскольку в капиллярах очень велико сопротивление течению жидкости. Однако, управляя смачиваемостью стенок капилляров, можно заставить жидкость течь в нужном направлении.
