2014-04-15

Молекулярний двигун

5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (1 голос)

Європейські хіміки вперше створили повністю синтетичний молекулярний двигун, здатний переміщати макроскопічні об'єкти.

На відеоролику (230 Кб), що супроводжує публікацію в журналі Nature видно, як під дією ультрафіолетового світла крапля рідини розміром близько двох міліметрів раптом сплющується і починає повільно повзти по поверхні. Ще на одному ролику (205 Кб) крапля навіть піднімається схилом під кутом 12°.

За словами Девіда Лі (David Leigh) з Единбурзького університету, його групі вдалося вперше у світі успішно застосувати молекулярний двигун для переміщення в просторі макрооб'єктів. До цього виняткова монополія на використання молекулярних моторів належала Природі, яка широко застосовує їх для скорочення м'язових волокон, трансформації світлових сигналів, які сприймаються сітківкою, в нервові імпульси та виконання інших тонких завдань.

Основу молекулярного мотора складають так звані «нано-шатли», створені Девідом Лі за безпосередньої участі колег з Болонського університету (Італія) та Центру фізичних досліджень при Гронінгенському університеті (Нідерланди). Вони являють собою довгі вуглеводні ланцюжки, на кожен з яких «нанизано» кільце з органічних молекул, хімічно не пов'язаних з «віссю». За рахунок теплових флуктуацій кільце може хаотично переміщається уздовж вуглеводного ланцюжка. Щоб воно не зіскочило, на кінцях ланцюжків розташовані спеціальні групи, здатні утримувати кільце за рахунок водневих зв'язків.

Одна з цих груп відрізняється чутливістю до ультрафіолетового випромінювання, а інша побудована на основі тефлону. У звичайних умовах кільце, хаотично переміщуючись, з'єднується з першою групою, залишаючи тефлоновий «наконечник» вільним. Якщо ж молекулярний мотор опромінити ультрафіолетом, водневий зв'язок розірветься, кільце відчепиться, переміститься до тефлонової частини вуглеводного ланцюжка і знову «прилипне» до нового хазяїна.

В експерименті шаром таких «нано-шатлів» була покрита золота поверхня. Це дозволило, включаючи і вимикаючи джерело ультрафіолету, управляти властивостями поверхні, довільним чином змінюючи її змочуваність. А вже це, у свою чергу, дозволяло переміщати краплю, що лежала на поверхні.

Не можна сказати, що цей механізм працює швидко. Помітного - на кілька міліметрів - переміщення краплі доводиться чекати кілька хвилин. Однак масштаб цього руху в кілька мільйонів разів більший від розмірів молекулярного мотора. Це все одно неначебто міліметрового розміру двигун міг переміщувати Вас на кілометрові відстані.

Звичайно, даний експеримент в більшій мірі демонстрація принципової можливості створення штучних молекулярних моторів, ніж практично корисне пристосування, проте Девід Лі допускає, що подібний метод може використовуватися для прокачування рідини через тонкі капіляри, наприклад, у кремнієвих чіпах. Звичайні насоси не справляються з такою роботою, оскільки в капілярах дуже великий опір течії рідини. Однак, керуючи змочуваністю стінок капілярів, можна змусити рідину текти в потрібному напрямку.

За матеріалами newscientist.com.

Коментарі:

blog comments powered by Disqus