Учёные из Университета Райса 16 ноября объявили о создании наносубмарины – конструкции из 244 атомов, способной передвигаться в жидкости. Движущую силу обеспечивает особый атомный «винт», приводимый в движение ультрафиолетовым светом. Субмарина способна развивать головокружительную (для наномира) скорость – порядка 2,5 см/с, что в 109 раз больше её размера.
С каждым поворотом винта субмарина, наводящая на мысли о художественном фильме "Внутреннее пространство" (и его классическом предшественнике, "Фантастическое путешествие"), проделывает путь в 18 нанометров. Поскольку винт вращается с частотой в более чем миллион оборотов в секунду, конструкция способна развивать относительно большую скорость.
По словам руководителя лаборатории, Джеймса Тура [James Tour], это самая быстрая молекула из всех, чьё движение наблюдалось в растворе. По сравнению с обыкновенной диффузией, распространение этих молекул идёт быстрее на 26%.
«Моторы» на ультрафиолете достаточно мощны для того, чтобы двигать субмарину среди других молекул, сравнимых с ней по размерам. Одним из крупнейших его недостатков является отсутствие возможности управлять направлением движения.
Мотор, или пропеллер, используемый в наносубмарине, на самом деле больше похож на жгутик, при помощи которого двигаются бактерии. При возбуждении ультрафиолетом двойная связь, соединяющая ротор с телом субмарины, становится одинарной, и ротор проворачивается на четверть оборота. Стремясь вернуться в состояние с наименьшей энергией, он «перепрыгивает» на соседние атомы, тем самым делая ещё четверть оборота. И затем процесс повторяется, пока наноустройство получает энергию от света.
Теоретически, в будущем развитие подобных технологий приведёт к созданию лекарств и других вспомогательных веществ, которые смогут быть выборочно доставлены в конкретную точку и даже к конкретным клеткам организма.
Комментарии (18)
3dtim
20.11.2015 15:44я что-то запутался в размерах микромира, а в чем плавает эта субмарина? ее винт должен же отбрасывать рабочее тело чтобы сообщить судну поступательное движение. Так если молекулы воды размером сопоставимы с самим судном, то что служит рабочим телом? и почему она не проваливается между молекулами воды на дно.
sielover
20.11.2015 17:05Измерения проведены в ацетонитриле (CH3CN). Исследователи обнаружили, что при прочих равных скорость диффузии молекул в растворе на 26% выше при облучении ультрафиолетом, чем без него. Отсюда делается вывод, что облучение вызывает описанное в статье «вращение».
fivehouse
20.11.2015 17:20Спасибо за уточнение.
Кошмар. Спутать диффузию с движением… Исследователи в словоупражнениях молодцы.sielover
20.11.2015 17:49В самой научной статье терминология весьма сдержанная и осторожная. А вот пресс-релиз для широкой аудитории приукрашен.
Mad__Max
20.11.2015 18:52Это именно движение. Просто упорядоченно управлять его направлением пока не имеют, поэтому при облучении УФ все помещенные жидкость наноструктуры начинают двигаться в произвольных (случайных) направлениях и характер движения получается похожим на естественную диффузию. Только быстрее.
3dtim
23.11.2015 16:36ну хорошо, объясните пожалуйста для чайника: допустим уменьшаем человека в скафандре до размеров молекулы и помещаем в раствор. Он как будет висеть между молекулами раствора, не держаться же руками за них? или сразу провалится между ними куда-то в центр земли?
Mad__Max
23.11.2015 17:36Если отвлечься от принципиальной невозможности этого даже в теории (т.к в природе нет достаточно мелких «строительных блоков» чтобы создавать сложные системы субмолекулярного масштаба), то все-равно падать никуда не будет.
Он будет регулярно и часто получать сильные пинки и удары со всех сторон от быстро летающих вокруг молекул самого раствора и за счет этого дергаться(отскакивая от ударов — т.к. в нашем примере его размеры и масса сравнимы с этими молекулами) в пространстве то в одну сторону, то в другую хаотически. В крупномасштабном плане при этом оставаясь примерно на том же месте, если в растворе нет конвективных потоков жидкости или чего-то подобного.
Другими словами наш виртуальные человечек будет совершать мелкомасштабное броуновское движение, а вот куда-то направленно двигаться не будет.3dtim
24.11.2015 10:24а почему микронафт, попутно получая тычки от молекул, не падает вниз? на таком уровне гравитация действует вообще?
isden
24.11.2015 13:36+2Ну как, если он размером порядка десятков/единиц микрометров, то он постепенно «осядет» на дно (по аналогии с суспензией). Если его размер в районе (десятков) нанометров (см. коллоидный раствор) — то так и будет болтаться в объеме (см. броуновское движение).
Mad__Max
25.11.2015 23:13Действует, в принципе она на любом масштабе действует. Но при таких малых размерах и массе объекта, она оказывается на много порядков слабее чем сила взаимодействия от «ударов» молекул, поэтому итоговое движение определяется ими, а гравитация на этом фоне «не заметна».
Чтобы понимать масштаб — скорость с которой налетают молекулы это минимум сотни метров в секунду при комнатных температурах жидкости (сравнимо с летящими со всех сторон пулями) и столкновения происходят очень часто. Насколько часто зависит от конкретных размеров нашего теоретического микронафта и вещества в котором он плавает, но в любом случае это происходит много раз каждую секунду.
fivehouse
20.11.2015 16:53-2244 атома двигающиеся с такой скоростью способны разрушить что угодно при столкновении.
zv347
20.11.2015 18:19+1Нет, между молекулами воды она, конечно, не провалится, молекулам вообще не свойственно проваливаться сквозь друг друга при нормальной силе тяжести.
И отталкиваться от воды такая дуринда, в принципе, наверное, может.
Но меня смутила сама структура, хотя потом я прочитал про ацетонитрил, и всё встало на свои места.
Большая картинка - убрал под кат
rPman
21.11.2015 00:49Ну вот, еще один шаг, сделать что-нибудь чтобы реагировало на поляризованный свет (т.е. под определенным углом работало), это задаст направление.
fireharp
Со скоростью и размером что-то не то получилось. Выходит, молекула размером 250 микрометров? Каждый атом по микрометру (атомов 244)?
rusec
Да вообще каша, скорость у него больше размера. И, видимо, меньше запаха.
Mad__Max
Вы и автор оба нули где-то потеряли:
2.5 см уменьшить в 109 раз будет 25 пикометров, а не 250 микрон. Это порядка (даже несколько меньше) 1 атома.
правда откуда эти 109 в переводе взялись совершенно не понятно.
В оригинале размеры «подлодки» указаны как порядка 10 нанометров.
fireharp
Интересно. Читаю со смартфона, тут степень в статье не отображается "«порядка 2,5 см/с, что в 109 раз больше её размера»". А в вашем комментарии все верно отобразилось.
Mad__Max
Странный глюк у браузера — в коде у нас обоих (и переводе статьи и моем комментарии) одинаково она прописана через
<sup>9</sup>Может это был 1й вариант перевода, который позже отредактировали?