Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Один цикл однонаправленного вращения занимает 4 этапа. На первом этапе низкая температура вызываетэндотермическую реацию в транс-изомере (P, P) преобразуя его в цис-изомер (M, M), где P —правозакрученная спираль, а M - левозакрученная спираль (1, 2). В этом процессе две осевые метиловыегруппы преобразуются в экваториальные.Путем повышения температуры до 20 ° C метиловые группы конвертируются обратно в экзотермальные (P,P) цис-аксиальных группы (3). Так как осевые изомеры являются более стабильными, чем экваториальныеизомеры, то обратный процесс ротации невозможен. Фотоизомеризация преобразует цис-изомер (P, P) втранс-изомер (M, M), опять с образованием экваториальных мелиловых групп (3, 4). Тепловой процессизомеризации при 60 ° C закрывает 360 ° цикла вращения по отношению к первоначальной позиции.

Синтетическиемолекулярные роторы: фтор-системы

Серьезным препятствием для осуществления этой реакции является низкая скорость вращения, котораядаже не сопоставима с существующими в природе биологическими молекулярными роторами. В наиболеебыстрых на сегодняшний день системах с фтор-группами половина термической инверсии спиралимолекулы осуществляется за 0,005 секунд ^[5]. Этот процесс происходит с использованием реации Бартона-Келлога. Медленный шаг вращения, как предполагают, можно значительно ускорить за счет большегоколичества трет-бутиловых групп, которые делают изомер еще менее стабильным, по сравнению сметиловыми группами. Так как нестабильнойсть изомеров повышается, то и ускоряется инверсия спиралимолекулы.

Принципы работы молекулярного ротора Феринги были включены в прототип наноробота ^[6]. Прототип имеетсинтетические хелициновые двигатели с олиго-шасси и 4-мя карбоновыми колесами и, как ожидается,сможет осуществлять движение по твердой поверхности под контролем сканирующего туннельногомикроскопа. Однако, пока двигатель не работает на основе фуллереновых колес, потому что они снижаютфотохимическую реацию частей ротора.

Туннелирование электронов

Вращение молекулярного мотора туннелированием электронов по методу Петра Крала.

По аналогии с традиционным электродвигателем, наномасштабные молекулярные моторы могут бытьприведены в движение путем резонансного или нерезонансного туннелирования электронов.Наноразмерные вращающиеся машины на основе этих принципов были разработаны Петром Кралом и егосотрудниками в Университете штата Иллиойс в Чикаго.

Как показано в правой части рисунка, один из типов моторов имеет ось, формируемую на основе углеродныхнанотрубок, которые могут быть установлены на подшипниках CNT. У мотора имеется три (шесть) лопастей,образованных на основе полимеризированного ицеана. Лопасти ориентированы под углом 120°(60°) к другдругу и имеют длину от 2 нм, чтобы не допустить нерезонансного туннелирования электронов от лопастей квалу (оси). Энергия в систему подается через передачу электрона вдоль лопастей путем резонансноготуннелирования. Лопасти формируют молекулы, сопряженные с фуллеренами, ковалентно соединенными вверхней части лопастей. В принципе, такие гибридные молекулярные роторы могут быть синтезированы вреакциях циклоприсоединения.

В однородном электростатическом поле Е, ориентированном вдоль вертикального направления,используется периодическая зарядка и разрядка лопасти мотора с помощью тунеллирования электронов издвух нейтральных металлических электродов. Каждый фуллереновый переключатель меняет знак заряда спомощью двух электронов с положительного (q) на отрицательный (-q) посредством туннеля междунейтральным электродом и фуллереном. Чтобы повернуть лопасть мотора электрод теряет два электрона (врезультате чего на нем меняется заряд) и лопасть совершает половину цикла вращения в электрическомполе Е. Другая половина цикла вращения происходит аналогично (только электрод получает два электрона).Таким образом происходит непрерывное вращение трех (шести) лопастей с фуллеренами. Молекулярныйдвигатель ведет свою диполь P, которая находится в средней ортогонали по направлению к электрическомуполю Е, генерирую постоянный крутящий момент вращения.

Эффективность метода туннелирования электронов сопоставима с аналогичной эффективностью приводамакроскопических электромоторов, но она может снизиться из-за шумов и структурных дефектов. [7]

Наномоторы, работающие на желудочном соке

Инженеры создали уникальные наномоторы на базе цинка, способные использовать желудочный сок в качестве источника энергии, и проверили их работу на практике, успешно использовав их для доставки "лекарства" в виде частичек золота в ткани желудка мыши.

Инженеры создали уникальные наномоторы на базе цинка, способные использовать желудочный сок в качестве источника энергии, и проверили их работу на практике, успешно использовав их для доставки "лекарства" в виде частичек золота в ткани желудка мыши, сообщает пресс-служба университета Калифорнии в Сан-Диего.

"Наши моторы — отнюдь не первый пример нано-объекта, который может самостоятельно двигаться в воде, крови или других жидкостях тела. Тем не менее, он является первым примером наноустройства, которое может захватывать и выгружать "грузы" внутри организма", — заявил ученый Лянфан Чжан (Liangfang Zhang).

Чжан и его коллеги экспериментировали с различными версиями наномоторов, пытаясь найти оптимальный способ доставки неустойчивых и токсичных лекарств в те части организма, которые в них нуждаются. Подобные микроскопические извозчики должны обладать тремя ключевыми свойствами — они должны прочно удерживать "груз", работать достаточно долгое время для его доставки и проникать только в те ткани организма, которые нуждаются в лекарстве.

Авторы статьи решили все эти проблемы, создав особый наномотор, который работает только внутри желудка, хорошо удерживает в себе лекарства и "живет" достаточно долго. Он представляет собой микроскопический конусообразный цилиндр из цинка, покрытого оболочкой из полимеров, в центре которого была выточена небольшая штольня.

Когда такой мотор попадает в желудочный сок, молекулы соляной кислоты начинают окислять цинк на поверхности стенок штольни, и в результате этой реакции внутри мотора возникают пузырьки водорода, которые толкают его вперед. Металл расходуется достаточно медленно, благодаря чему мотор может проработать несколько десятков минут. Через некоторое время мотор бесследно растворяется в желудочном соке, не оставляя за собой токсичных следов.

Ученые проверили работоспособность и оценили потенциальные опасные последствия от появления моторов внутри организма на нескольких мышах, в желудок которых они попытались доставить наночастицы из золота, которые потенциально можно использовать для уничтожения раковых опухолей.

Эксперимент завершился удачно — наномоторы не вызвали отравления, а число наночастиц золота в тканях желудка грызунов было в четыре раза большим, чем в тех случаях, когда мыши просто съедали их. По словам ученых, это в принципе открывает дорогу для клинических испытаний подобных моторов.

В ближайшем будущем Чжан и другие инженеры, участвовавшие в создании этого мотора, планируют значительно улучшить и усложнить его конструкцию. В частности, ученые собираются добавить "рули", которые позволят управлять движением мотора, а также встроить в него рудиментарные системы навигации и контроля. [8]

Физики собрали электрический "наномотор" из одной молекулы

Американские физики собрали электрический мотор из одной молекулы длиной в 1 нанометр - это устройство в 200 раз меньше, чем предыдущий рекордсмен в этой области, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

Американские физики собрали электрический мотор из одной молекулы длиной в 1 нанометр - это устройство в 200 раз меньше, чем предыдущий рекордсмен в этой области, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology.

Группа ученых под руководством Чарльза Сайкса (Charles Sykes) из университета Тафтс в городе Медфорд (США) планирует подать заявку в книгу рекордов Гиннеса и полагает, что их изобретение может быть использовано в микроэлектронике и в особо тонких медицинских инструментах.

"За последние годы мы достигли существенного прогресса в создании молекулярных моторов, "топливом" для которых выступает энергия химических реакций или свет. Наше изобретение - это первый электрический наномотор. Мы смогли доказать, что можно направить электрический ток на одну молекулу, и заставить ее двигаться в заданном, а не случайном направлении", - заявил Сайкс.

Рисунок – Схема электрического мотора Сайкса

Сайкс и его коллеги собрали молекулу "двигателя" из атома серы, метана и бутана - органических молекул, входящих в состав природного газа - и прикрепили ее к поверхности медной фольги. Свободные электроны в атоме серы соединяются с электронами атомов меди, в результате чего "хвосты" из бутила и метила - органических радикалов - могут вращаться вокруг "серной" оси.

Химически связанные атомы углерода и водорода "вибрируют" при появлении свободных электронов вблизи них, из-за чего более длинный бутиловый хвост будет вращаться вокруг атома серы. Это движение будет абсолютно случайным при комнатных условиях из-за теплового движения молекул, поэтому ученым пришлось остудить медную пластинку до 4 градусов Кельвина - минус 292 градуса Цельсия, чтобы тепло окружающей среды не мешало движению устройства. Физики использовали сверхточный электронный микроскоп для "питания" двигателя и для наблюдения за его работой.

По оценкам ученых, появление электронов рядом с двигателем вынуждало его вращаться преимущественно в одну сторону. Однако пока двигатель в этом смысле далек от идеала - устройство крутилось в "нужную" сторону только на 5% чаще, чем в обратную сторону. При повышении температуры эффективность мотора будет еще ниже.

"Когда мы справимся с проблемой температуры, эти моторы можно будет использовать в практических целях, к примеру - в медицинских приборах, в которых жидкость перемещается по тоненьким трубкам. Трение жидкости об стенки трубок сильно мешает ее течению, и подобные моторы помогли бы ей быстрее течь", - заключает Сайкс.[9]

Наномоторы, работающие в живой клетке

Характеристики

Список файлов реферата