×
Ученые создают первый в мире полностью искусственный молекулярный насос

Все живые организмы – человеческие, животные, рыбы и птицы – постоянно находятся в движении. И даже если ленивец спит на дереве, это не значит, что спят его клетки, которые движимы определенными молекулами. Пока происходит этот процесс, идет сама жизнь.

 

Движение молекул – важный механизм жизни, клеткам для жизни необходим белок для полноценного функционирования. Нет белка – клетка умирает. И теперь ученые из Северо-западного университета, США, создали машину, которая имитирует этот механизм накачки белка искусственно. Их молекулярный насос является первым в мире устройством, который полностью разработан путем химического молекулярного машиностроения в лаборатории. Он спокойно может питать белком клетку, не давая ей умирать не день и не два.

 

«Наш молекулярный насос – это радикальная химиотерапия и, по сути, гениальный способ передачи энергии от молекулы к молекуле, который минует природные связи», – говорит старший автор исследования сэр Фрейзер Стоддарт (Fraser Stoddart).

 

Насос использует малые молекулы, сделанные в лаборатории, чтобы повторить действия с белками-носителями. Он питается от химических реакций, которые использует, чтобы выводить молекулы из равновесия и доставлять нужные вещества в нужное место. Эта дополнительная энергия, вырабатываемая молекулами при влиянии на них, необходима, чтобы выполнить работу насоса, потому что кольцевые молекулы обычно отталкиваются друг от друга, как магниты с той же поляризацией.

 

«Искусственный насос может откачивать часть энергии во время химической реакции для собственной подпитки, попутно используя ее для того, чтобы подтолкнуть кольца», – объясняет первый автор исследования Чуанг Чэн (Chuyang Chen).

 

Пока искусственный молекулярный насос может только заставить только два кольца взаимодействовать между собой, но исследователи полагают, что они, возможно, скоро будут в состоянии воспроизвести процесс работы с десятками колец и более для получения и хранения энергии.

 

Технология примитивна по сравнению с естественными механизмами живых организмов, и пройдет некоторое время, пока молекулярный насос дойдет до уровня, когда сможет питать искусственные мышцы и даже целые бионические механизмы. Тогда людям-инвалидам в перспективе можно будет устанавливать вместо протезов руки и ноги с настоящими мышцами, за питание которых будут отвечать искусственные механизмы. Более того, молекулярный насос может стать первой деталью молекулярной машины будущего, которая сможет создавать и питать искусственные объекты практически из ничего на наноуровне, совершив прорыв в науке в самых разных областях, от физики и химии до генетики и материаловедения.

 

Стоддарт также отметил, что процесс проектирования молекулярной машины – это совсем другая картина, отличная от той, которую мы привыкли видеть в стандартных механических устройствах.

 

«В некотором смысле нам надо научиться видеть вещи с точки зрения молекул, – добавляет он. – Это зрение необходимо, чтобы учитывать такие силы, как хаотическое тепловое движение, о чем мы никогда бы и не задумывались, создавая, например, сельскохозяйственный водяной насос или любой другое механическое устройство».

 

Доклад об исследовании был опубликован в журнале Nature Nanotechnology. Вы можете посмотреть видео, которое визуализирует процесс работы молекулярного насоса, ниже.

 

 

Автор: Степан Мазур