Нанобот - без товстих липких пальців
Роботи молекулярних розмірів - це бачення може бути використано для транспортування активних речовин, відновлення клітин або виробництва інших молекул. У Christian-Albrechts-Universität zu Kiel дослідники зараз розробили своєрідну молекулярну машину, яка подолала загальну перешкоду в цій майбутній технології: у неї немає товстих липких пальців.
Кіль - Ідея молекулярних машин давно обговорюється в нанонауках: хімічно виготовлені хімічні сполуки, здатні виконувати механічну роботу. Такі «нанороботи» можуть, наприклад, транспортувати лікарські речовини, відновлювати дефектні клітини або вимірювати температуру в організмі, що свідчить про запалення.
Наноботи та їх "проблема з пальцями"
Ще у 1980-х роках американський інженер Кім Ерік Дрекслер мав ідею молекулярних машин як так званих асемблерів: вони повинні вміти захоплювати та точно розміщувати окремі атоми для побудови складних молекулярних структур. Зрештою, Дрекслер сказав, що вони зможуть самовідтворюватися.
Це бачення стало початком напруженої наукової суперечки: противники, які не вважали побудову таких нанороботів з молекул можливою, по суті висунули два аргументи, які в дослідженнях називаються проблемами "товстих і липких пальців". Відповідно до цього, асемблер мав би мати незліченну кількість «пальців» на наномасштабі, щоб мати змогу захоплювати і розміщувати різні атоми - але просто для цього немає місця. Однак головною перешкодою для таких "конструкторів молекул" є труднощі, відомі як "липкі пальці", мати можливість випустити атоми після того, як вони схоплені і відкласти їх.
Природа показує нам, як
Результати досліджень минулих років свідчать, однак, що розвиток таких монтажників в принципі можливий. У цьому переконаний і Райнер Хергес, професор органічної хімії в Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Зрештою, такі молекулярні асемблери вже існують у природі, наприклад, у формі рибосом, які виробляють білки в клітинах, або для синтезу АТФ - аденозинтрифосфату. Тому принцип цих процесів біохімічного синтезу повинен мати можливість штучного моделювання в лабораторії », - говорить Гергес.
Зараз Хергес та його дослідницька група зробили важливий крок у напрямку таких нанороботів: вони створили молекулу, яка бере окремі будівельні блоки та використовує їх для складання маленьких кілець. Цей штучний асемблер управляється ультрафіолетовим світлом.
УФ-світло як привід і контроль
Для того, щоб реалізувати асемблер, вчені зменшували складність біологічних процесів, поки їх не вдалося здійснити методами синтетичної хімії. Під час функціонального тесту «Нанобота» вони наблизили партнерів по реакції, чотири іони ванадата, у безпосередній близькості один від одного. За допомогою молекули асемблера, якою можна керувати за допомогою УФ-світла, вони потім ініціювали процес реакції, в якому утворюється нова молекула, зв’язуючи чотири ванадатних будівельні блоки, утворюючи кільце.
Дослідники також змогли вирішити "проблему липкого пальця" за допомогою УФ-світла: опромінене світлом з довжиною хвилі 365 нанометрів, зовнішня форма молекули асемблера змінюється. Потім її кінці стискаються, як пара кліщів, простір усередині стає занадто малим, і нова молекула вивільняється. Використання УФ-світла для управління та як зовнішнього джерела енергії також має ту перевагу, що воно просте у використанні і - на відміну від хімічної енергії - не дає жодних непередбачених побічних продуктів.
Бачення: перетворення світла в хімічну енергію за допомогою наноботів
Наприклад, подібні функціонуючі молекулярні машини, які перетворюють амінокислоти в білки, зможуть викликати зміну парадигми в методах хімічного синтезу з меншою кількістю побічних продуктів і коротшими процесами синтезу, говорить Гергес. Команда Кіль також підкреслює, що енергія отриманої молекули вища, ніж енергія вихідних речовин. "Навіть якщо їх виробництво є проблемою, молекулярні асемблери можуть в довгостроковій перспективі стати новим способом перетворення світлової енергії в хімічну", - підкреслює Гергес.
Оригінальна публікація: Hanno Sell, Anika Gehl, Daniel Plaul, Frank D. Sönnichsen, Christian Schütt, Felix Köhler, Kim Steinborn & Rainer Herges: Towards a light driven molecular assembler, Communications Chemistry том 2, Номер статті: 62 (2019); DOI: 10.1038/s42004-019-0163-y
* J. Siekmann, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, 24118 Kiel
Технологія зберігання майбутнього
Магнітні нано-вихори - вперше стабільні без допомоги
Перемикаються молекули, розроблені для спінтроніки
Калькулятор на основі молекули?
Цей веб-сайт є товарним знаком Vogel Communications Group. Огляд усіх продуктів та послуг ви можете знайти на веб-сайті www.vogel.de