«Нано-шаттлы» возят воду
|
Европейские химики впервые создали полностью синтетический молекулярный мотор, способный перемещать макроскопические объекты.
На видеоролике (230 Кб), сопровождающем публикацию в журнале Nature видно, как под действием ультрафиолетового света капля жидкости размером около двух миллиметров вдруг сплющивается и начинает медленно ползти по поверхности. Еще на одном ролике (205 Кб) капля даже поднимается по склону под углом 12°.
По словам Дэвида Ли (David Leigh) из Эдинбургского университета, 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, в нервные импульсы и выполнения других тонких задач.
Основу молекулярного мотора составляют так называемые «нано-шаттлы», созданные Дэвидом Ли при непосредственном участии коллег 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 отличается чувствительностью 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 разорвется, кольцо отцепится, переместится к тефлоновой части углеводной цепочки и снова «прилипнет» к новому хозяину.
В эксперименте слоем таких «нано-шаттлов» была покрыта золотая поверхность. Это позволило, включая и выключая источник ультрафиолета, управлять свойствами поверхности, произвольным образом меняя ее смачиваемость. А уже это, в свою очередь, позволяло перемещать лежащую на поверхности каплю.
Нельзя сказать, что этот механизм работает быстро. Заметного — на несколько миллиметров — перемещения капли приходится ждать несколько минут. Однако масштаб этого движения в несколько миллионов раз больше размеров 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.
Дополнительные ссылки:
Заметка на сайте New Scientist.
Краткое резюме статьи с иллюстрациями на сайте Дэвида Ли.
Оригинальная статья (pdf).
