Наноавтомобіль, молекулярний ліфт та штучні м'язи - названі лауреати Нобелівської премії з хімії 2016 року

    

Різноманітні механізми та машини невід'ємно супроводжують людство на всьому шляху його розвитку, допомагаючи виконувати завдання, які лежать за межами людських можливостей. Однак крім великих, звичних для нас апаратів, розробляються ще й машини в форматі «мікро» - наприклад, штучні м'язи або мікроскопічні мотори. За розробку таких молекулярних машин і присуджена Нобелівська премія 2016 галузі хімії.

     У 2016 році Нобелівську премію з хімії отримали Жан П'єр Саваж, Джеймс Фрейзер Стоддарт і Бернард Ферінга. Перші кроки на шляху розробки молекулярної машини були зроблені Жаном П'єром Саважем ще в 1983 році. Йому вдалося поєднати дві кільцеподібні молекули в ланцюг - така сполука називається катенан.

     Як правило, всі молекули з'єднуються одна з одною за допомогою сильних ковалентних зв'язків, проте в катенанах вони пов'язані між собою більш легким механічним зв'язком. Це дозволяє молекулам вільно переміщатися відносно одна одної, що є принциповим моментом для повноцінної роботи молекулярної машини. Підхід на основі катенанів дозволив розробити такі складні топологічні структури як потрійний катенан, трилистні вузли та вузол Соломона.

     Наступну важливу розробку в розвитку молекулярних машин зробив Джеймс Фрейзер Стоддарт. У 1991 році він синтезував ротаксан - сполуку, що складається з молекули гантелевідной форми та циклічної молекули, «одягненою» на неї. Він «накрутив» молекулярне кільце на тонку молекулярну вісь і показав, що кільце здатне рухатися уздовж осі. На основі цієї розробки були створені системи, що нагадують роботу м'язів у живому організмі. Наприклад, у 2000 році група дослідників розробила структуру, яка складається з двох взаємно заплутаних ротоксанів і здатна контрольовано стискатися і розтискати при впливі на неї хімічних стимулів.

     Потім, вже самим Стоддартом та його помічниками, була розроблена модель молекулярного «ліфта», знову ж таки на основі ротоксану. Вона дозволяє контролювати рух матриці між двома своєрідними «поверхами», які знаходяться на відстані всього 0,7 нм один від одного.

     Бернард Феррінга - перша людина, яка змогла винайти молекулярний двигун. У 1999 році він розробив молекулярні лопаті несучого гвинта, які постійно обертаються в одному і тому ж напрямку. Ця дотепна конструкція являла собою гігантський стрибок вперед в області розвитку молекулярних машин. На її основі було отримано так званий «наноавтомобіль» (nanocar). Наноавтомобіль складається з чотирьох моторних компонентів, які працюють попарно, обертаючись в різних напрямках і тим самим забезпечують рух машинки на металевій поверхні.

 

     У 1830-х роках вчені розробляли різні рукоятки та колеса електродвигунів, не знаючи, що в підсумку це призведе до появи електропоїздів, пральних машин, вентиляторів та кухонних комбайнів. З точки зору свого розвитку, молекулярний двигун поки знаходиться на тій же стадії, що і електродвигун на зорі свого існування, і, очевидно, несе в собі величезний потенціал для майбутніх розробок. Передбачається, що в майбутньому молекулярні машини будуть використовуватися в якості нових матеріалів, датчиків, сенсорів і систем для зберігання енергії.

Джерело: http://biomolecula.ru/content/2029