Молекулярные пропеллеры

Молекулярный пропеллер — наноразмерное устройство в виде молекулы, способное совершать вращательные движения благодаря своей специфической форме, аналогичной макроскопическим винтам [1][2]. Молекулярные пропеллеры имеют несколько лопастей молекулярного масштаба, присоединённых к центральному валу, вокруг которого происходит вращение и отстоящих друг от друга на определённый угол.

Отталкивание молекул воды от поверхности гидрофобного молекулярного пропеллера

Молекулярные пропеллеры были спроектированы научной группой профессора Петра Крала в университете Иллинойса в Чикаго. Они представляют собой молекулярные лезвия, формируемые на плоских ароматических молекулах на основе углеродных нанотрубок [3]. Молекулярно-динамическое моделирование показывает, что эти пропеллеры могут служить в качестве эффективных насосов для перекачивания жидкости. Их эффективность накачки зависит от химического состава молекулярных лопаток и самой жидкости. Например, если лопасти гидрофобные, то молекулы воды будут от них отталкиваться и пропеллер будет эффективным насосом для данной жидкости. Если лопасти являются гидрофильными, то молекулы воды наоборот будут притягиваться к концам лопастей. Это может значительно уменьшить прохождение других молекул вокруг пропеллера и приостановить перекачку воды.

Управление

Молекулярные пропеллеры можно вращать с помощью молекулярных роторов, которые могут быть инициированы с помощью химических, биологических, оптических или электрических средств [4][5][6], или механизмов типа храповика [7]. Сама природа реализует большинство биологических процессов с использованием большого числа молекулярных роторов, таких, как миоцин, кинецин и АТФ-синтаза [8]. Так, например, роторно-молекулярные моторы, содержащие белок используются бактериями в качестве жгутиков для движения.

Применение

Система из молекулярного пропеллера и молекулярного двигателя может найти применение в нанороботах и использоваться в качестве насоса или двигательного аппарата [9]. Будущее применение этих наносистем возможно в широком диапазоне: от новых аналитических инструментов в области химии и физики, доставки лекарств и генной терапии в области биологии и медицины, передовых нанолабораторий до нанороботов, способных выполнять различные действия на наноразмерном и микроскопическом уровнях.

Примечания
  1. Дж. Васек и Дж. Митчел, Молекулярные «игрушечные» конструкции: Компьютерная симуляция молекулярных пропеллеров, 21, 1259 1997.
  2. С. Д. Симпсон, Гр. Маттерстейг, К. Мартин, Л. Герхель, Р. Е. Байер, Х. Дж. Рейдер и К. Мюллен, Наноразмерные молекулярные пропеллеры в циклогидрогенизации полифениленовых дендример, 126, 3139 2004. Общие сведения
  3. Б. Вонг и П. Крал, Химически гармоничные наноразмерные пропеллеры в жидкостях, 98, 266102 2007. Общие сведения
  4. Т. Р. Келли, Х. де Сильва и Р. А. Сильва, Однонаправленные вращательные движения в молекулярных системах, Журнал Nature 401, 150 1999. Общие сведения
  5. Н. Коимура, Р. В. Дж. Зижлстра, Р. А. ван Делден, Н. Харада и Бен Феринга, Управляемые светом однонаправленные молекулярные моторы, Журнал Nature 401, 152 1999. Общие сведения
  6. С. Бастеманте, Ю. Р. Чемла, Н. Р. Форд и Д. Изхаку, Молекулярные процессы в биологии, Ежегодный обзор по биохимии, 73, 705 2004. Общие сведения
  7. Р. Д. Остумиан, Термодинамика и кинетика броуновских моторов, Журнал Science 276, 917 1997. Общие сведения
  8. С. П. Цунода, Р. Агглер, М. Ёсида и Р. А. Капалди, Вращение субструктур олигомеров в полностью функциональной АТФ-синтазе, 98, 898 2001. Общие сведения
  9. Р. К. Сунг, Дж. Д. Бачанд, Х. П. Нивс, А. Дж. Олкховетс, Х. Дж. Крейгхед и С. Д. Монтемагно, Сила неорганических наноустройств в биомолекулярных моторах, Журнал Science 290, 1555 2000. Общие сведения

Ссылки

См. также
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.