Новый светоприводной наномотор проще и перспективнее, говорят учёные

Химики из Университета Флориды сообщили о создании нового механизма для прямого преобразования света в движение на наноуровне.

В статье, которая скоро появится в онлайн-версии журнала Nano Letters, команда описывает новый тип «молекулярного наномотора», приводимого в действие исключительно фотонами. Хотя это не первый фотон-управляемый наномотор, это первое подобное устройство, полностью собранное из одной молекулы ДНК. Эта простота повышает его потенциал для разработки, производства и практического применения в областях от медицины до промышленности.

«Его легко собрать, у него меньше деталей, и теоретически он должен быть более эффективным», — говорит Хуайчжи Кан, докторант по химии в UF и первый автор статьи.

Характеристики и принцип работы

• Размер: В закрытом состоянии наномотор имеет размер 2–5 нанометров, в открытом — 10–12 нанометров.
• Эффективность: Расчёты показывают, что он использует значительно больше энергии света, чем традиционные солнечные элементы, но развиваемая сила пропорциональна его крошечным размерам.
• Конструкция: Наномотор создан путём соединения синтезированной молекулы ДНК с азобензолом — химическим соединением, реагирующим на свет. Фотон высокой энергии вызывает один отклик, низкой энергии — другой.
• Демонстрация движения: Чтобы визуализировать движение, исследователи присоединили флуорофор (излучатель света) к одному концу наномотора и гаситель (quencher) — к другому. Регистрируемая интенсивность излучения соответствовала движению мотора.

Потенциал и вызовы

Ближайшие перспективы связаны с биомедициной. Биосовместимый наномотор из ДНК, не производящий отходов при преобразовании энергии, может стать источником питания для микроскопических устройств, ремонтирующих отдельные клетки или борющихся с вирусами и бактериями.

Основная трудность для макроприменений (например, в энергетике) заключается в объединении усилий триллионов наномоторов.

«Главная сложность впереди... как собрать силу молекулярного уровня в согласованную совокупную силу, которая сможет выполнять реальную работу, когда мотор поглощает солнечный свет», — отмечает Вэйхун Тан, профессор химии и физиологии UF, руководитель исследовательской группы.

Учёные уже работают над решением, создавая прототипы ДНК-наноструктур, которые будут синхронизировать молекулярные движения для накопления сил.

Ричард Зар, выдающийся профессор и заведующий кафедрой химии Стэнфордского университета, назвал разработку «умным светоприводным наномотором с участием одной молекулы ДНК», отметив, что, по его мнению, это первое устройство такого типа.