آلات جزيئية

Thread Content

ما هي الآلات الجزيئية؟ وفقًا للبروفيسور لي زانتينغ من قسم الكيمياء في جامعة فودان، فإن الآلات الجزيئية، ببساطة، هي أجهزة تعمل على المستوى الجزيئي، حيث يتم استخدام جزيء واحد أو عدة جزيئات لتحريك الآلة الكبيرة من خلال حركة هذه الجزيئات. وأوضح لي زانتينغ أن مشرف الفائز الأول، البروفيسور جان بيير سوفارج، كان قد فاز بجائزة نوبل في الكيمياء عام 1987 في مجال “الكيمياء فوق الجزيئية”. يكمن إسهام البروفيسور جان بيير سوفارج في كونه أول من بدأ العمل في مجال تطوير الآلات الجزيئية. في عام 1983، تمكن من بناء هياكل فوق جزيئية من خلال التفاعلات التنسيقية، حيث نجح في ربط جزيئين دائريين معًا لتشكيل سلسلة واحدة. لكي تتمكن الآلة من أداء مهامها، يجب أن تكون هناك قدرة على الحركة النسبية بين مكوناتها المختلفة، والجزيئات الحلقية المترابطة هذه تلبي هذا الشرط تمامًا. أوضح تيان هه، أستاذ كلية الهندسة الكيميائية والجزيئية في جامعة شرق الصين للعلوم والتكنولوجيا وعضو الأكاديمية الصينية للعلوم، أن الكيميائي الأمريكي ستودارت كان أول من طرح مفهوم “الحبل الجزيئي” في عام 1991، وهو عبارة عن حلقة جزيئية كبيرة تُرتبط بجزيء على شكل قضيب صلب، بحيث يمكن لهذه الحلقة الجزيئية الكبيرة أن تتحرك ذهابًا وإيابًا على طول القضيب الجزيئي. “بعد تزويدها بالطاقة، تقوم وحدات آلة الجزيئات بحركة نسبية، تمامًا مثل الآلات التي نعرفها. أما الفائز الثالث، البروفيسور برنارد ل. فيرينجا، فهو أول من اكتشف “المحركات الجزيئية”， وقد قام بأعمال رائدة في مجال المحركات الجزيئية التي تعمل بتحكم ضوئي. وأوضح تيان هي أن ما يقوم فرينجا بتصنيعه هو “محرك جزيئي”، وله قاعدة ثابتة، والجزيئات الموجودة في الجزء العلوي من هذه القاعدة تدور في اتجاهات مختلفة على مدار 360 درجة، وهو مشابه إلى حد كبير للمحركات الميكانيكية الموجودة في العالم الخارجي. في عام 1999، طور أجنحة دوران جزيئية. باستخدام المحرك الجزيئي، تمكن من جعل كوب زجاجي أكبر بعشرة آلاف مرة من المحرك يدور بنجاح. “طور العلماء الثلاثة الذين حصلوا على جائزة نوبل في الكيمياء هذا العام ثلاث آلات جزيئية، تختلف حالاتها عن بعضها البعض. لقد ساعد عملهم الرائد البشرية على إدراك أنه يمكن استخدام الجزيئات كمواد لتصميم وبناء آلات في العالم المجهري. ”قال تيان هي. ما هو أهمية وقيمة التطبيقات للآلات الجزيئية؟ ما معنى ظهور الآلات الجزيئية وما هي قيمتها وتطبيقاتها؟ يقول تيان هي إن العديد من الأنشطة داخل الكائنات الحية تعتمد في الواقع على عمل الآلات الجزيئية. يدرس العلماء عمليات مثل انقسام الخلايا ونسخ الحمض النووي ونقل المواد وانقباض العضلات، وعند الغوص إلى المستوى الجزيئي، يتبين أن كل هذه العمليات نتيجة لعمل العديد من الآليات الجزيئية. لذلك، يمكن لعلماء الكيمياء التعاون مع علماء الأحياء من خلال تصميم وتركيب آلات جزيئية لمحاكاة مختلف الظواهر الحيوية. يمكن أيضًا استخدام الآلات الجزيئية لتخزين المعلومات، وبناء “حواسيب جزيئية” سحرية. في عام 2007، قاد ستودارت فريقه لتطوير شريحة جزيئية يمكنها تخزين المعلومات بكثافة عالية للغاية، حيث بلغت كثافة التخزين في هذه الشريحة مستوى شرائح السيليكون في عام 2020. أوضح البروفيسور تشو داهوي من كلية الهندسة الكيميائية والجزيئية بجامعة شرق الصين للعلوم والتكنولوجيا أن كثافة تخزين المعلومات في الرقائق السيليكونية تخضع لقانون مور (أي أن عدد العناصر التي يمكن تخزينها على الرقائق المتكاملة، وكذلك أداء هذه الرقائق، يزداد ضعفًا كل 18–24 شهرًا، مع بقاء السعر ثابتًا). لكن هذا القانون يواجه عوائق في التطور، أما الرقائق الجزيئية فهي قادرة على تخزين المعلومات على مستوى الجزيئات نفسها، ولذلك فهي لا تخضع لقانون مور، وبالتالي يمكنها تحقيق كثافة تخزين أعلى بكثير من الرقائق السيليكونية. أشارت لجنة تقييم جوائز نوبل إلى أن الآلات الجزيئية حاليًا في مرحلة التطبيق النظري، وعلى الرغم من عدم وجود تطبيقات عملية لها في الوقت الحالي، فكيف قد تغير حياة البشر في المستقبل؟ ووفقًا للمعلومات المتوفرة، من المتوقع أن يُستخدم في مجالات عديدة مثل الكشف الأكثر دقة عن الأمراض، وتوصيل الأدوية، وتخزين المعلومات بكثافة عالية جدًا، وتخزين الطاقة، بالإضافة إلى المواد الجديدة وأجهزة الاستشعار. وإمكانيات استخدامه لا حدود لها