Thread Content
ماشین مولکولی چیست؟ به گفته پروفسور لی زانتینگ از دپارتمان شیمی دانشگاه فودان، به طور ساده، ماشین مولکولی در سطح مولکولی، توسط یک مولکول یا چند مولکول و از طریق حرکت مولکولها، باعث حرکت یک ماشین کلان میشود. لی زانتینگ توضیح داد که استاد پروفسور ژان-پیر سووارژ، برنده اول جایزه، در سال ۱۹۸۷ به خاطر «شیمی فرامولکولی» جایزه نوبل شیمی را دریافت کرده بود. نقش پروفسور ژان-پیر سووارژ در این زمینه، اولین بار کار کردن در حوزه توسعه ماشینهای مولکولی بود. در سال ۱۹۸۳، او با استفاده از پیوندهای کوآورانسی، ساختارهای فرامولکولی را ایجاد کرد و موفق شد دو مولکول حلقوی را به یکدیگر متصل کند تا یک زنجیره تشکیل شود. برای اینکه یک ماشین بتواند وظایف خود را انجام دهد، باید بین اجزای مختلف آن توانایی حرکت نسبی وجود داشته باشد؛ این دو مولکول حلقوی که به یکدیگر متصل هستند، دقیقاً این الزام را برآورده میکنند. تیان هه، استاد دپارتمان شیمی و مهندسی مولکولی در دانشگاه علوم فناوری شرق چین و عضو آکادمی علوم چین، توضیح میدهد که در سال ۱۹۹۱، شیمیدان آمریکایی استودارت اولین بار مفهوم «کشتی مولکولی» را مطرح کرد؛ یعنی قرار دادن یک حلقه بزرگ مولکولی به نام روتان، روی یک مولکول صلب و میلهای، به گونهای که این حلقه بزرگ بتواند روی مولکول میلهای به جلو و عقب حرکت کند. “پس از ارائه انرژی، ماژولهای مختلف ماشین مولکولی حرکت نسبی انجام میدهند، درست مانند ماشینهایی که ما با آنها آشنا هستیم. سومین برنده، پروفسور برنارد ال. فلینگر، اولین کسی بود که موتورهای مولکولی را کشف کرد و کارهای پیشگامانهای در زمینه موتورهای تکمولکولی کنترلشونده توسط نور انجام داد. تیان هه توضیح داد که فرینگا یک «موتور مولکولی» ساخته است؛ این موتور دارای یک پایه ثابت است و مولکولهایی که در بالای این پایه قرار دارند، میتوانند به صورت ۳۶۰ درجهای بچرخند؛ این ساختار شبیه به موتورهای مکانیکی در جهان ماکروسکوپی است. در سال ۱۹۹۹، او بلبرینگهای چرخشی مولکولی را اختراع کرد. با استفاده از موتورهای مولکولی، او توانست یک لیوان شیشهای که ۱۰ هزار برابر بزرگتر از موتور بود را به موفقیت به چرخش درآورد. “سه دانشمندی که امسال جایزه نوبل شیمی را دریافت کردند، سه نوع ماشین مولکولی با وضعیتهای متفاوت ساختند. کارهای پیشگامانه آنها باعث شد که بشر متوجه شود میتوان از مولکولها به عنوان مواد، ماشینهایی در دنیای میکروسکوپی طراحی و ساخت. ”تیان هه گفت. ماشینهای مولکولی چه اهمیت و کاربردهایی دارند؟ ظهور ماشینهای مولکولی چه اهمیت و کاربردهایی دارد؟ تیان هه گفت که بسیاری از فعالیتهای درون موجودات زنده، در واقع به کارکرد ماشینهای مولکولی وابستهاند. دانشمندان فعالیتهای زندگی مانند تقسیم سلول، تکثیر DNA، انتقال مواد و انقباض عضلات را مطالعه میکنند؛ و پس از بررسی در سطح مولکولی، متوجه میشوند که همگی نتیجه فعالیت ماشینهای مولکولی متعددی هستند. بنابراین، شیمیدانان میتوانند با زیستشناسان همکاری کنند تا از طریق طراحی و سنتز ماشینهای مولکولی، پدیدههای مختلف زیستی را شبیهسازی کنند. ماشینهای مولکولی همچنین میتوانند برای ذخیره اطلاعات و ساخت «کامپیوترهای مولکولی» شگفتانگیز استفاده شوند. در سال ۲۰۰۷، استودارت تیم خود را رهبری کرد تا یک تراشه مولکولی برای ذخیرهسازی اطلاعات با چگالی فوقالعاده بالا توسعه دهند؛ چگالی ذخیرهسازی این تراشه به سطح تراشههای مبتنی بر سیلیکون در سال ۲۰۲۰ رسید. قو داهوی، استاد دانشکده شیمی و مهندسی مولکولی در دانشگاه علوم فناوری شرق چین، توضیح میدهد که چگالی ذخیرهسازی اطلاعات در تراشههای مبتنی بر سیلیکون، تابع قانون مول است (یعنی با ثابت ماندن قیمت، تعداد و عملکرد اجزایی که میتوانند روی تراشههای مجتمع قرار گیرند، هر ۱۸ تا ۲۴ ماه دوبرابر میشود)؛ اما این قانون با محدودیتهایی روبرو میشود. در حالی که تراشههای مولکولی میتوانند اطلاعات را در مقیاس مولکولی ذخیره کنند، بنابراین تابع قانون مول نیستند و از نظر چگالی ذخیرهسازی، میتوانند به طور چشمگیری از تراشههای مبتنی بر سیلیکون پیشی بگیرند. کمیته داوران جایزه نوبل اشاره کرد که در حال حاضر، ماشینهای مولکولی در مرحله کاربرد تئوریک قرار دارند؛ هرچند که هنوز کاربرد عملی برای «ماشینهای مولکولی» وجود ندارد. آینده چگونه میتواند زندگی بشر را تغییر دهد؟ بر اساس اطلاعات ارائهشده، این فناوری امیدوارکننده است تا در زمینههای متعددی مانند تشخیص دقیقتر بیماریها، تحویل داروها، ذخیرهسازی اطلاعات با چگالی بسیار بالا، ذخیرهسازی انرژی، مواد جدید و سنسورها مورد استفاده قرار گیرد؛ پتانسیل کاربردهای آن بیحد و مرز است