Interested Article - Молекулярные пропеллеры

Отталкивание молекул воды от поверхности гидрофобного молекулярного пропеллера

Молекулярный пропеллер — наноразмерное устройство в виде молекулы , способное совершать вращательные движения благодаря своей специфической форме, аналогичной макроскопическим винтам . Молекулярные пропеллеры имеют несколько лопастей молекулярного масштаба, присоединённых к центральному валу, вокруг которого происходит вращение и отстоящих друг от друга на определённый угол.

Молекулярные пропеллеры были спроектированы научной группой профессора Петра Крала в университете Иллинойса в Чикаго . Они представляют собой молекулярные лезвия, формируемые на плоских ароматических молекулах на основе углеродных нанотрубок . Молекулярно-динамическое моделирование показывает, что эти пропеллеры могут служить в качестве эффективных насосов для перекачивания жидкости. Их эффективность накачки зависит от химического состава молекулярных лопаток и самой жидкости. Например, если лопасти гидрофобные , то молекулы воды будут от них отталкиваться и пропеллер будет эффективным насосом для данной жидкости. Если лопасти являются гидрофильными , то молекулы воды наоборот будут притягиваться к концам лопастей. Это может значительно уменьшить прохождение других молекул вокруг пропеллера и приостановить перекачку воды .

Управление

Молекулярные пропеллеры можно вращать с помощью молекулярных роторов , которые могут быть инициированы с помощью химических, биологических, оптических или электрических средств , или механизмов типа храповика . Сама природа реализует большинство биологических процессов с использованием большого числа молекулярных роторов , таких, как миоцин, кинецин и АТФ -синтаза . Так, например, роторно-молекулярные моторы, содержащие белок используются бактериями в качестве жгутиков для движения.

Применение

Система из молекулярного пропеллера и молекулярного двигателя может найти применение в нанороботах и использоваться в качестве насоса или двигательного аппарата . Будущее применение этих наносистем возможно в широком диапазоне: от новых аналитических инструментов в области химии и физики, доставки лекарств и генной терапии в области биологии и медицины , передовых нанолабораторий до нанороботов , способных выполнять различные действия на наноразмерном и микроскопическом уровнях.

Примечания

Дж. Васек и Дж. Митчел, Молекулярные «игрушечные» конструкции: Компьютерная симуляция молекулярных пропеллеров , 21 , 1259 1997 .
С. Д. Симпсон, Гр. Маттерстейг, К. Мартин, Л. Герхель, Р. Е. Байер, Х. Дж. Рейдер и К. Мюллен, Наноразмерные молекулярные пропеллеры в циклогидрогенизации полифениленовых дендример , 126 , 3139 2004 .
Б. Вонг и П. Крал, Химически гармоничные наноразмерные пропеллеры в жидкостях , 98 , 266102 2007 . от 26 января 2020 на Wayback Machine
Т. Р. Келли, Х. де Сильва и Р. А. Сильва, Однонаправленные вращательные движения в молекулярных системах , Журнал Nature 401 , 150 1999 . от 6 мая 2017 на Wayback Machine
Н. Коимура, Р. В. Дж. Зижлстра, Р. А. ван Делден, Н. Харада и Бен Феринга, Управляемые светом однонаправленные молекулярные моторы , Журнал Nature 401 , 152 1999 . от 18 мая 2017 на Wayback Machine
С. Бастеманте, Ю. Р. Чемла, Н. Р. Форд и Д. Изхаку, Молекулярные процессы в биологии , Ежегодный обзор по биохимии, 73 , 705 2004 . от 20 ноября 2008 на Wayback Machine
Р. Д. Остумиан, Термодинамика и кинетика броуновских моторов , Журнал Science 276 , 917 1997 . от 3 июня 2010 на Wayback Machine
С. П. Цунода, Р. Агглер, М. Ёсида и Р. А. Капалди, Вращение субструктур олигомеров в полностью функциональной АТФ-синтазе , 98 , 898 2001 . от 15 февраля 2008 на Wayback Machine
Р. К. Сунг, Дж. Д. Бачанд, Х. П. Нивс, А. Дж. Олкховетс, Х. Дж. Крейгхед и С. Д. Монтемагно, Сила неорганических наноустройств в биомолекулярных моторах , Журнал Science 290 , 1555 2000 . от 15 сентября 2009 на Wayback Machine