На пути к молекулярным роботам

Ученые из японского университета Хоккайдо разработали легко подпитываемые энергией молекулярные моторы, которые обеспечивают многократное сгибание и разгибание. И эта разработка приближает нас к созданию молекулярных роботов.

Исследователи работают над имитацией клеточных систем для создания молекулярных моторов, которые могут перемещаться или даже доставлять лекарства в заданные области организма. Разработка подобных моторов может в конечном счете привести к появлению молекулярных роботов, которые могут выполнять и более сложные задачи. С этой целью ученые должны найти способы для преобразования движения на молекулярном уровне в движение на макроскопическом уровне. Они также должны найти способы вызывать химические реакции, повторяемые автономно и непрерывно.

Ёсиюки Кагеяма, Садама Такеда и их коллеги с кафедры химии в университете Хоккайдо успешно создали химическое соединение или кристаллический узел, который автономно и многократно переворачивается под воздействием голубого света.

Команда создала кристаллы из органического соединения, называемого азобензол, обычно используемый в производстве красителей и олеиновой кислоты, встречается также в кулинарном жире. Молекулы азобензола принимают две структурно различные формы: цис и транс. Они повторно переходят из одной формы в другую под воздействием голубого света. Ученые проверили влияние света на структуру кристаллов азобензол-олеиновой кислоты, в котором содержится неодинаковое количество цис - и транс-азобензола.

Освещая синим светом кристаллы в растворе, команда наблюдала под микроскопом колебательные движения сгибания-разгибания тонких кристаллов, предполагающие существование двух стабильных состояний: согнутого или разогнутого, в зависимости от соотношения цис/транс. Частота движений увеличивалась при повышенной интенсивности света. Некоторые кристаллические структуры даже проявляли движения, похожие на плавание. Ранее сообщалось, что реагирующие на свет материалы ограничены в способности деформироваться. Однако разработанные в университете Хоккайдо кристаллы, тем не менее, обеспечивали двухступенчатый переключения, что приводит к регулярным повторяющимся колебаниям.

«Способность к самоорганизации ритмических движений, подобных наблюдавшимися в наших экспериментах, является одной из основных характеристик живых организмов», - говорит Кагеяма. В будущем этот механизм может быть использован для разработки молекулярных двигателей и роботов, которые найдут применение в разных областях, включая медицину.