Исследователи из разных научных организаций достаточно
давно исследуют и имитируют поведение некоторых компонентов живых клеток для
создания молекулярных двигателей, которые, в свою очередь, будут приводить в
движение крошечных молекулярных нанороботов, способных доставлять лекарственные
препараты к месту назначения, производить хирургические операции на
микроскопическом уровне и выполнять ряд других более сложных полезных действий.
Основной задачей этих двигателей является преобразование движения на
молекулярном или атомарном уровне в движение на макро-уровне, при этом должно
обеспечиваться постоянное циклическое повторение всех этих движений.
Успехов в
деле создания такого двигателя удалось добиться исследователям из университета
Хоккайдо (Hokkaido University), Япония.
Ими создан прозрачный полимерный
"двигатель" начинает изгибаться и распрямляться под воздействием
импульсов синего света, а его движение легко можно преобразовать для приведения
в действия микромеханизмов любого масштаба.
Йошиюки Кэгеяма (Yoshiyuki Kageyama), Сэдэму Тэкеда
(Sadamu Takeda) и их коллеги изготовили кристаллы из органического соединения -
азобензола, которое используется в производстве красителей, и олеиновой
кислоты, которая входит в состав жиров растительного и животного происхождения.
Молекулы азобензола могут принимать две различные пространственные формы, а
переключателем формы как раз и служит синий свет, фотоны которого имеют
достаточно высокую энергию.
Ключевым моментом нового двигателя является определенная
пропорция азобензола и олеиновой кислоты в кристалле. Изменение формы молекул
азобензола приводит к появлению механических напряжений внутри кристалла, которые
вызывают его деформацию, а олеиновая кислота служит в качестве связующего и
пластификатора, за счет которого кристалл возвращается к первоначальной форме
после окончания воздействия на него импульса синего света.
Наблюдая в микроскоп за превращениями формы кристалла,
ученые выяснили, что частота и амплитуда его колебаний зависит от параметров, в
частности от интенсивности, луча света синего лазера. Некоторые из
изготовленных учеными кристаллов имели такую форму, что они, изгибаясь, могли
плавать в жидкой среде подобно рыбам. Кроме этого, новые кристаллы могут
обеспечивать более сильную степень деформации, нежели светочувствительные
кристаллы, созданные ранее этой же группой исследователей, а их высокая
пластичность позволяет им выдерживать очень большое количество движений без
возникновения явления так называемой остаточной деформации.
"Способность совершать ритмичные движения является
одной из фундаментальных способностей живых организмов" - рассказывает
Йошиюки Кэгеяма, - "Мы практически скопировали этот механизм,
"подсмотрев" его в живой природе. И теперь мы получили возможность
создания биовдохновленных молекулярных двигателей и роботов, которые найдут
широкое применение в различных областях, включая и медицину".
