Наномашины научат тормозить

Структуру, которая реагируя на изменения кислотно-щелочного баланса может играть роль своеобразного «тормоза» для наномашин, создали ученые из Института физической химии и электрохимии РАН.

Химики из Москвы и университета Страсбурга  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».

Включение тормоза, по словам разработчиков, сопровождается изменением цвета материала, что можно использовать для создания «умных» молекулярных машин, лекарств и других систем, способных реагировать на внешние сигналы.  Подобным образом можно управлять поведением не только порфиринов, но и других материалов, более интересных для инженеров и разработчиков нанороботов.

Наномашины – это  атомные конструкции, похожие по своему устройству и принципам работы на обычные моторы, помпы и другие механические устройства. Первую такую конструкцию создала команда Бен из Гронингенского университета (Нидерланды), которые использовали собственную технологию производства наномоторов. Эти двигатели состоят из нескольких замкнутых колец ароматических углеводородов, которые соединяются с осью вращения — центральным узлом установки — химическим путем.  «Наномобиль»  Феринга был способен  ехать по прямой линии и поворачивать направо и налево, используя в качестве источника энергии иглу электронного микроскопа. 

Одной из главных проблем  таких машин ранее признавалась невозможность заставить подобные наноструктуры двигаться самостоятельно внутри организма или других сред, используя «подручные» источники энергии, и  заставить их путешествовать в нужном направлении.