Силовые возможности искусственных молекулярных двигателей
|
Физики из Национального университета Сингапура показали, что один искусственный молекулярный двигатель может демонстрировать силу, подобную естественным силам, приводящим в действие человеческие мышцы. Их результаты опубликованы в Nanoscale. Молекулярные двигатели — это класс машин с наноразмерами, которые являются важными агентами движения в живых организмах. Они используют различные источники энергии внутри тела для создания механического движения. Ключевой характеристикой является сила, создаваемая отдельным двигателем во время его самоходного движения. Эта способность генерировать силу позволяет молекулярному двигателю выполнять механическую работу и является мерой его эффективности преобразования энергии, что влияет на его использование в потенциальных приложениях. |
Измерение силы, генерируемой естественными молекулярными моторами, которые обычно состоят из белков, было достигнуто два десятилетия назад. Однако аналогичные измерения для искусственных искусственных молекулярных двигателей, сделанных из ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), остаются сложной задачей. В результате сотрудничества Лаборатории молекулярных моторов доцента Чжисонга Вана и Лаборатории биофизики одиночных молекул профессора Цзе Яна из физического факультета НУС удалось обнаружить силу, создаваемую движущимся молекулярным мотором ДНК. |
Трудно обнаружить силы, создаваемые одним молекулярным двигателем в движении для искусственных двигателей, потому что они малы и в основном работают на мягких дорожках (например, двухцепочечной ДНК). Мягкие гусеницы не зафиксированы в своем положении и имеют тенденцию скручиваться в круглую форму. Это влияет на движение искусственного двигателя. Исследовательская группа преодолела эту трудность, спроектировав и параллельно проводя эксперименты с одной молекулой, которые удерживали траки на месте на наноуровне, а также одновременно обнаруживали крошечную силу, создаваемую движущимся молекулярным двигателем. Используя технику магнитного пинцета, они сначала собрали искусственный молекулярный мотор и его дорожку под парамагнитной бусиной (инструмент для выделения биомолекул). Затем они переключили парамагнитную бусину в режим обнаружения силы (см. рисунок). |
Исследовательская группа успешно применила свой метод к автономному молекулярному двигателю ДНК (ранее разработанному в лаборатории профессора Вана). Этот двуногий молекулярный двигатель способен последовательно «ходить» самостоятельно с длиной шага около 16 нм между каждым шагом, обеспечивая максимальную выходную силу от 2 до 3 пН. Эта измеренная выходная сила находится на уровне, близком к естественным молекулярным двигателям, приводящим в действие человеческие мышцы, что указывает на достаточно эффективное преобразование химической энергии в механическое движение. Профессор Ван сказал: «Это исследование прокладывает путь к разработке приложений, связанных с поступательными искусственными молекулярными двигателями, для которых требуется генерация сил. Примеры включают молекулярных роботов и биоимитирующие искусственные мышцы. применимо для измерения силы многих других искусственных молекулярных двигателей с мягкими гусеницами». |
Источник |
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
|