Все статьиВсе новостиВсе мнения
Мир
Стиль жизни
Красивая странаРейтинги фокуса
Машина из молекул. За что дали Нобелевскую премию по химии

Машина из молекул. За что дали Нобелевскую премию по химии

Нобелевской премией по химии наградили создателей сверхминиатюрных механизмов. О том, почему важны их открытия, Фокусу рассказал химик Евгений Пилипчук

3900

Номинация: Нобелевская премия по химии.
Кто получил: Жан-Пьер Саваж (1/3 премии), химик, почётный профессор Страсбургского университета (Франция); Фрезер Стоддарт (1/3 премии), химик, профессор Северо-Западного университета (штат Иллинойс); Бернард Феринга (1/3 премии), химик, профессор Гронингенского университета (Нидерланды).
За что наградили: За проектирование и синтез молекулярных машин.
Что это значит: Создание сложных молекул, способных выполнять определённые движения и действия при получении энергии в будущем может привести к созданию "умных" материалов и машин размером в 1000 раз тоньше человеческого волоса. И даже нанороботов, способных находить раковые клетки или доставлять лекарства в строго обусловленные зоны организма.

Сейчас молекулярные моторы находятся на той же стадии развития, что и электрические моторы в 1830-х годах

Если молекула может двигаться, значит, она состоит как минимум из двух "деталей", которые жёстко не соединены друг с другом. Первые подобные молекулы были созданы ещё в 1950-х и представляли собой что-то наподобие двух соединённых колец. Их называют катенаны (от латинского catena — цепь). Синтезировать их было очень сложно, поэтому они рассматривались скорее как некие диковинки, не более.

 В 1980-х Жан-Пьер Саваж нашёл надёжный и эффективный способ создания катенанов. А в 1990-х сумел сделать так, чтобы одно кольцо молекулы вращалось вокруг другого определённым образом. Это был первый прообраз небиологической молекулярной машины.

С тех пор в лабораториях были созданы самые разные молекулярные машины, которые по их функциональности можно было бы назвать "лифт", "искусственный мускул", "компьютерный чип" или "мотор". А в 2011 году группа Бернарда Феринга продемонстрировала, как работает 4-колёсный наноавтомобиль (по внешнему виду он действительно схематически напоминает автомобиль).

Королевская шведская академия наук, которая присуждает Нобелевские премии, в своём сообщении отмечает, что сейчас молекулярные моторы находятся на той же стадии развития, что и электрические моторы в 1830-х годах. Тогда исследователи в своих лабораториях гордо демонстрировали различные вращающиеся части, даже не представляя, что в будущем с их помощью смогут работать стиральные машины, кухонные комбайны или электро­мобили.

Евгений Пилипчук

кандидат химических наук, научный сотрудник Института химии поверхности им. А. А. Чуйко НАН Украины

— В этом году Нобелевскую премию по химии получат учёные, которые работают в области супрамолекулярной, или, как её ещё называют, надмолекулярной химии.

Обычно атомы в молекуле соединены с помощью химических связей — ковалентных, ионных и так далее. А супрамолекулярная химия в большинстве случаев имеет дело со связями другой природы, например, когда молекулы взаимодействуют за счёт своей геометрии.

Например, что сделал Стоддарт? Он взял одну молекулу, которую можно условно назвать стержнем, а надел на неё другую — имеющую форму наподобие кольца. Это молекула ротаксана. Поскольку на концах "стержня" есть утолщения, как у гантели, кольцо не может слететь, но может вращаться или перемещаться от одного края стержня к другому. Получается, что химической связи нет, но в силу своей геометрии две молекулы соединены между собой. Это так называемая топологическая связь. 

Вообще супрамолекулярная химия возникла из наблюдений за живой природой. Представьте, например, белок гемоглобин, который переносит кислород в нашем организме. Он способен захватывать молекулу кислорода, хотя "традиционной" химической связи между белком и этой молекулой нет. Жан-Пьер Саваж как раз изучал подобные процессы, но на примере фотосинтеза.

Можно сказать, что в определённом смысле супрамолекулярная химия решает задачу, как оперировать одним атомом. Ведь оперировать килограммом калия, например, не сложно. Оперировать 10 тысячами атомов калия тоже можно, а вот одним атомом — это уже совершенно другая, более сложная задача.

Среди первых в супрамолекулярной химии были работы, посвящённые системе молекул "хозяин — гость". Представьте, что есть некая циклическая молекула, то есть молекула в форме кольца, и её внутренний размер отвечает размеру иона калия. Получается, что ион натрия может пройти через такие "ворота", а ион калия уже не может. Это и есть пример системы "хозяин — гость".

В последующие годы были созданы самые разные молекулы, которые можно рассматривать как прототипы молекулярных двигателей, манипуляторов, переключателей и т. д. Созданы молекулы, способные хранить информацию и даже выполнять логические операции. Возможно, когда-нибудь это поможет создать суперкомпьютеры, работающие на новых принципах.

Но нужно понимать, что пока подобные молекулярные машины — это лишь слабая тень того, что есть в природе. В 2013 году Science опубликовал работу группы учёных из Манчестерского и Эдинбургского университетов. Им удалось на основе молекулы всё того же ротаксана создать машину, которая соединяет аминокислоты в цепочки. Она делает приблизительно то же, что и рибосомы в живых клетках, хоть устроена совершенно иначе. С одной стороны, это действительно прорыв. С другой — продуктивность её работы пока даже приблизительно не может сравниться с продуктивностью "молекулярных машин" в наших клетках, способных производить тысячи разных сложнейших белков.

39
Делятся
Google+
Загрузка...
Подписка на фокус

ФОКУС, 2008 – 2017.
Все права на материалы, опубликованные на данном ресурсе, принадлежат ООО "ФОКУС МЕДИА". Какое-либо использование материалов без письменного разрешения ООО "ФОКУС МЕДИА" - запрещено. При использовании материалов с данного ресурса гиперссылка www.focus.ua обязательна.

Данный ресурс — для пользователей возрастом от 18 лет и старше.

Перепечатка, копирование или воспроизведение информации, содержащей ссылку на агентство ИнА "Українські Новини", в каком-либо виде строго запрещены.

Все материалы, которые размещены на этом сайте со ссылкой на агентство "Интерфакс-Украина", не подлежат дальнейшему воспроизведению и/или распространению в любой форме, кроме как с письменного разрешения агентства.

Материалы с плашками "Р", "Новости партнеров", "Новости компаний", "Новости партий", "Инновации", "Позиция", "Спецпроект при поддержке" публикуются на коммерческой основе.