Президиум ран: о маленьких устройствах с большими возможностями

      Комментарии к записи Президиум ран: о маленьких устройствах с большими возможностями отключены

Президиум ран: о маленьких устройствах с большими возможностями

14 февраля на совещании Президиума РАН Юлия Горбунова представила доклад «переключатели и Молекулярные машины».
В 2016 году лауреатами нобелевской премии по химии стали француз Жан-Пьер Соваж, американец Джеймс Стоддарт и нидерландец Бернард Феринг за синтез и разработку молекулярных автомобилей. Устройства, длиной всего пара нанометров, функционируют и двигаются на клеточном уровне и смогут оказать помощь человечеству в ответе многих задач. Но молекулярные автомобили – детище не только трех упомянутых выше выдающихся химиков, но еще и многих мировых ученых, среди них и российских.

Среди них – Юлия Германовна Горбунова, которая 14 февраля на совещании Президиума РАН представила доклад «переключатели и Молекулярные машины», в котором детально поведала о молекулярных устройствах, их перспективах и возможностях работы с ними.

Сейчас нас уже не так удивляют устройства электроники, трудящиеся на молекулярных тумблерах. Известный физик Ричард Фейнман предполагал, что в один раз ученые обучатся руководить кроме того отдельными атомами. В 2012 году был кроме того создан фильм «его атом и Мальчик», складывающийся из 242 кадров, в которых присутствуют более 10 тысяч атомов.

Но, кроме того учитывая существование других перспектив и подобного фильма работы с атомами, устройства молекулярные, да и молекулы по большому счету, все еще остаются предметом сильнейшего интереса современных ученых со всех стран. Что же такое молекулярные автомобили?

Молекулярные тумблеры – молекулы, каковые смогут существовать в двух либо более устойчивых формах, между которыми вероятны переходы при внешнем действии. Причем принципиально важно подчернуть, что эти переходы – обратимые. Это важное свойство при разработке оптимальных молекулярных автомобилей. Сами по себе молекулярные автомобили  – это отдельная молекула либо время от времени комплекс молекул, каковые имеют возможность двигаться и делать разную нужную работу.

Это перемещение считается квазимеханическим, автомобили как бы имитируют те процессы, каковые происходят в природе и в раздельно забранном организме. Кроме того сама формулировка возможностей молекулярных автомобилей внушает вывод о том, что это настоящий прорыв в науке.

Какая же энергия может вынудить молекулярную машину трудиться? Это и химическая энергия, и изменение факторов полярной среды, изменение кислотной среды, введение анионов и катионов металлов и многие другие методы внешнего действия. Но самыми перспективными на сегодня являются электрохимическое и фотохимическое управление этими элементами – хотя бы вследствие того что свет сейчас – один из самых недорогих и несложных в применении источников энергии, каковые мы, одновременно с этим, можем с успехом регулировать.

Дабы молекулярная машина была оптимальна, необходимо, дабы ее перемещение было обратимо, необходимо обучиться осуществлять контроль ее саму и направленность ее перемещения. Химики-синтетики черпают собственные идеи в том, что формирует природа, а природа предоставляет нам примеры неповторимых молекулярных автомобилей, каковые трудятся с самого момента появления судьбы на Земле. Пример – отечественные глаза. Имеется такое вещество – ретиналь, которое ответственно за то, что и как мы видим, как трудится отечественное зрение.

Тут происходит некая изомеризация молекул, благодаря чему под действием света мы можем видеть. Чтобы мы имели возможность видеть не в один раз, а неизменно, таковой процесс должен быть обратимым. Как раз под действием света вероятна подобная изменение, и как раз по данной причине мы ничего не видим в темноте.

По принципу такой же изомеризации трудится большая часть фотохромных тумблеров.

Вторыми примерами действенно трудящихся биологических молекулярных автомобилей, каковые как пример может дать нам природа, являются отечественные мускулы, АТФ-синтаза, являющейся главным источником энергии в отечественном организме. Это и шагающий белок кинезин, что переносит разные «грузы» из клетки в клетку. Все эти молекулы механически реализовывают собственные действия за счет весьма не сильный нековалентных сотрудничеств: это и водородные связи, и донорно-акцепторные сотрудничества.

Как пример возможно привести «спираль нашей жизни» – спираль ДНК, которая именно устроена за счет не сильный водородных связей. Множественность этих связей разрешает ей делать все собственные функции.

За многие годы собственных изучений химики обучились из мономолекулярных соединений приобретать огромные кластеры молекул способами самосборки. Данный принцип ученые кроме этого позаимствовали у природы. В 2016 году им удалось взять капсулу из 144 элементов, которая по собственной структуре напоминает структуру вируса.

Сейчас в молекулярном дизайне исследуют два главных класса соединений, с которых и начались синтетические молекулярные автомобили. Это так именуемые «катенаны» – переплетенные между собой кольца, изучением которых прославился известный французский химик, нобелевский лауреат Жан-Пьер Соваж. И «ротаксаны» – в этом случае молекула напоминает маленькую гантельку, на которую надето кольцо, талантливое перемещаться в различные стороны по оси.

Уже в 50-ых годах прошлого столетия ученые мира начали интересоваться подобными соединениями, искали разные методы их получения. По большей части исследователи пользовались способом статистического синтеза, что было не весьма удачно, т.к. при таких условиях выход желаемых продуктов составлял кроме того меньше 1 процента.

Исходя из этого, на первых порах возможностей в развитии этого направления очень не было, и создание устройств с этими молекулами оставалось на уровне догадки. Но молекулярное направление взяло собственный второе дыхание в тот момент, в то время, когда химикам пришла в голову весьма несложная мысль – забрать два фрагмента таковой совокупности и «склеить» их. В качестве клея выступили катионы металлов, владеющих хорошим свойством весьма жестко закреплять между собой фрагменты данной молекулы.

И после этого, зациклировав такую молекулу, возможно было взять или катенаны, или ротаксаны – в зависимости от изучения. В этом случае выход реакции составлял 70–80%, что намного более перспективно и удачно в сравнении с прошлым методом.

На этом принципе, уже более обширно изученном группой Жан-Пьера Соважа и его зарубежными сотрудниками, а также русскими, были выстроены разные молекулярные устройства. Это, к примеру, первые молекулярные роторы, талантливые вращаться за счет приложенной к ним энергии; это и молекулярный шаттл, аналогом которого стал упомянутый выше шагающий белок кинезин.

В рамках сотрудничества отечественных ученых с Францией был создан дизайн нового типа молекулярных автомобилей – молекулярного турникета. Для его создания была нужна молекула с твёрдой платформой, где возможно разместить четыре станции с функциональными устройствами. В качестве платформы выбрали парфирит, на котором именно будет комфортно разместить четыре нужные станции, повесив функциональные помощники.

Ко мне же привешивается особая ручка. Перед учеными стояла серьёзная задача – обучиться помещать в эту совокупность фосфор, отыскать условия, при которых ручка самостоятельно пришивалась бы к платформе, а посредством катионов и протонов серебра возможно было бы открывать и закрывать совокупность. На создание таковой сложной совокупности ученым потребовалось всего три с половиной года, и, само собой разумеется, это настоящий научный прорыв.

Еще одним занимательным проектом в данной сфере стала российско-французская молекула. У нобелевской группы Жана-Пьера Соважа и его российских сотрудников появилась мысль – синтезировать неспециализированную молекулу. Французы всю жизнь занимались изучением фенантролина, а отечественные ученые превосходно справляются с синтезом порфирина.

Эксперты в этих регионах собирались сконструировать шестеротоксан, в котором молекулы двигаются по особым рейсам, именно по принципу Жана-Пьера Соважа. Но, в ходе конструирования, химики осознали, что их задача значительно более занимательна, чем предполагалось. Кроме того синтезируя молекулу с одним лепестком, что, как выяснилось, имеет свойство отлично загибаться, возможно создавать тумблеры либо делать хорошие ротаксаны, и делать комплексы управления спиновыми плотностями.

У данной тематики большое количество разных возможностей. Ученым принципиально важно обучиться совершенно верно моделировать молекулу, верно ее синтезировать.

Сейчас принципиально важно внедрять накопленный за много лет опыт для разработки разных типов информационных совокупностей, самозалечивающихся материалов, развивать процесс активного катализа, создавать молекулярных роботов, упрощать возможность введения лекарств в необходимые нам клетки под действием волны определенной длины, которую возможно регулировать – и все это посредством молекулярных автомобилей! Как отметил на совещании академик Сергей Алдошин, молекулярная электроника уже совсем не так долго осталось ждать придет на смену кремниевой. За этим направлением – множество прорывов и открытий во всемирной науке.

На совещании Президиума РАН кроме этого обсуждались следующие вопросы:

  • О присуждении премии имени Л.В. Канторовича 2017 года
  • О согласовании кандидатур на пост начальников научных организаций, находящихся в ведении ФАНО России
  • О присуждении премии имени В.С. Немчинова 2017 года
  • О внесении трансформаций в устав федерального национального бюджетного учреждения «Русский академия наук»
  • Вопросы подготовки к выборам в РАН: принято решение поменять повестку мероприятий и заседаний, которые связаны с выборами, намеченными на март 2017 года. В связи с тем, что вместо одного кандидата на пост президента Академии наук стало три кандидата, было решено поменять повестку, предварительно, следующим образом: 20 марта – доклад президента и вступительное слово РАН Владимира Фортова, доклад М.А. Пальцева, принятие распоряжений. Вечернее совещание в 15:00 – вручение премий и дипломов лауреатам в разных направлениях, представление докладов лауреатов. 21 марта – выступление кандидатов в президенты РАН. Обсуждение докладов кандидатов. 22 марта – президентские выборы РАН. Утверждение протокола по окончании работы счетной рабочей группе. В данный же сутки вероятно проведение второго тура. 23 марта – проведение собрания отделений РАН.

Что сегодня происходит в РАН * Полный контакт с Владимиром Соловьевым (02.11.16)


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: