Нобель и химия. Мы можем управлять молекулами?

Сегодня мы вернёмся к последним громким открытиям, отмеченные нобелевской премией, а конкретно за разработку и создание молекулярных машин.

Что же это такое?

Это молекула (несколько сложнее, чем общеизвестные молекулы воды, кислорода и пр.) или молекулярный комплекс, способный выполнять полезные квазимеханические движения (работу).

Для простоты понимания допустим аналогию с автомобилем, как близкой принципиальной вариацией механизма. Что из себя представляет автомобиль? Корпус, колеса, система управления (руль и все прилагающееся) и двигатель. В молекулярных машинах принцип конструкции аналогичен, есть основная цепь (корпус), колеса (направляющие структуры), система управления (контролирующий комплекс) и двигатель (энергия сообщается «броунским» движением окружающих частиц).

И в 2016 году Жан-Пьер Соваж, Джеймс Фрейзер Стоддарт и Бернард Феринга стали лауреатами нобелевской премии, за проектирование и синтез молекулярных машин, работы над которыми ведутся с 80-х годов.

Прорывными их делает сложность собранных конструкций, точность выполняемой работы и огромная перспективность. Поясню последние два пункта, у химии, как инструмента есть огромные возможности, однако, она не всегда может похвастаться впечатляющей точностью, что вызвано неспособностью просчитать и с уверенностью утверждать наличие и состояние тех или иных молекул, с которыми мы работаем, так как наблюдение за молекулами непосредственно сложно, затратно и не всегда возможно.

Молекулярные машины решают эту проблему, с их помощью мы получаем возможность точечного контроля молекулярных структур, их передвижения, взаимодействия и изменения.

Начнём с человека, работы которого и навели на мысль о аналогии с автомобилем - Бернарда Феринга.

Изначально, он создал комплекс, основой структуры которого была углеродная связь, отличительная черта которого проявлялась при воздействии на него света. В данных условиях он выходил из состояния равновесия и, благодаря строению, части которого приходили в движение и двигались только относительно друг друга. Но исследователь на этом не остановился и смог наростить на этот комплекс аналог корпуса, с помощью которого уже вся конструкция приходила в движение под воздействием света.

Эта технология может быть использована, как вариант, для доставки специфических препаратов в очаг поражения, ведь для управления этой структурой, по сути, нужен только свет.

Продолжим мы работой Жана-Пьера Саважа, положившие начало координационной химии. Принципиальным отличием его разработки является именно построение крупных структур, посредством использования молекулярных машин. Он занимался исследованием катенанов, молекулярных структур представляющих из себя своего рода разветвлённые замки, которые выстраивались вокруг криптанд, сложных циклических молекул, что в итоге давало предсказуемые пространственные структуры в форме звеньев цепи.

И закончим мы на разработке Джеймса Стоддарта. Он, в отличии от Феринга, собрал не «автомобиль», а челнок. Принцип работы все тот же, но его творения запускались не только под действием света и/или броунского движения, но и в следствии изменения кислотности среды. Свой механизм он использовал для разработки устройства хранения информации, в итоге представляющие из себя своего рода тумблеры (или счёты). Переходя из положения в положение, находящиеся между кремниевым слоем и титановыми электродами, челноки, на одном квадратном сантиметре конструкции были способны разместить 100 гигабит информации, что сравнимо с современными жесткими дисками.

Как вы видите, возможностей использования открытых технологий - огромное множество, что значит перспектив в разы больше. Молекулярные технологии имеют множество ограничений, но открывают невероятные горизонты. Будем ждать новых открытий, ведь фантасты и футурологи уже расписали возможные концепты будущего, в котором подобные микромашины однозначно имеют своё место.

Благодарю за внимание!

Ставьте лайки, пишите комментарии и подписывайтесь на канал!

И главное - не забывайте смотреть на мир вокруг, он куда интересней, чем может казаться.