Ученые из Института физической химии и электрохимии РАН создали структуру, которая может играть роль своеобразного «тормоза» для наномашин, реагируя на изменения кислотно-щелочного баланса. Инструкции по его сборке были опубликованы в New Journal of Chemistry.
«Почему интересно управлять такой молекулярной машиной, меняя кислотность среды? Во-первых, это принцип живой природы. Обратимое образование водородных связей может запускать тот или иной процесс в организме, поэтому возможность создания молекулярных машин и переключателей на их основе очень привлекательна для нас», — заявила Юлия Горбунова из Института физической химии и электрохимии РАН в Москве.
Нобелевская премия по химии в 2016 году была присуждена за создание и развитие наномашин – атомных конструкций, похожих по своему устройству и принципам работы на обычные моторы, помпы и другие механические устройства. Например, в 2011 году нобелевский лауреат Бен Феринга создал своеобразный «наномобиль», способный ехать по прямой линии и поворачивать направо и налево, используя в качестве источника энергии иглу электронного микроскопа.
Две главные проблемы таких машин заключаются в том, что ученые пока не придумали, как можно заставить подобные наноструктуры двигаться самостоятельно внутри организма или других сред, используя «подручные» источники энергии, и как заставить их путешествовать в нужном направлении. Без решения этих проблем восстание наномашин нам не грозит, так как такие устройства будут оставаться любопытными, но бесполезными нано-игрушками.
Как передает пресс-служба РНФ, российские ученые создали еще один критически важный компонент подобных наноавтомобилей – тормоз, мешающий им двигаться при его «включении», экспериментируя с молекулами, которые меняют свою форму и структуру при изменении условий окружающей среды.
Химики из Москвы и университета Страсбурга (Франция) обнаружили, что подобным свойством обладает цепочка из двух кольцеобразных органических молекул, которые ученые называют порфиринами. Порфирины – ключевой компонент хлорофилла, гемоглобина и многих ферментов в организме человека. Они также стали одним из самых популярных материалов для создания движущихся компонентов «моторов» наномашин из-за того, что их цепочки могут свободно менять форму и вращаться вдоль молекулярной «оси», соединяющей их одиночные молекулы.
Российские ученые заметили, что подобный молекулярный «шарнир» можно превратить в тормоз, объединив подобную цепочку с особой молекулой-«ручкой», представляющую собой соединение двух молекул серной кислоты и двух бензольных колец.
Эта молекула, как объясняют ученые, может формировать достаточно прочные водородные связи с порфиринами, вероятность образования которых зависит от кислотности среды, в которой они находятся. Благодаря этому подобная цепочка может вращаться и двигаться в щелочной и нейтральной среде, а при повышении кислотности возникают водородные связи и тормоз «включается», блокируя движения «шарнира».
Что интересно, включение тормоза сопровождается изменением цвета материала, что можно использовать для создания «умных» молекулярных машин, лекарств и других систем, способных реагировать на внешние сигналы. Как отмечает Горбунова, подобным образом можно управлять поведением не только порфиринов, но и других материалов, более интересных для инженеров и разработчиков нанороботов.
Оценили 15 человек
18 кармы