Thread Content
Что такое молекулярные машины? По словам профессора кафедры химии Фуданьского университета Ли Чжантиня, простыми словами, молекулярная машина — это устройство на молекулярном уровне, в котором одна или несколько молекул с помощью своего движения обеспечивают движение макроскопической машины. Ли Чжантин рассказал, что научным руководителем первого лауреата, профессора Жана-Пьера Соважа, в 1987 году был удостоен Нобелевской премии по химии за «супрамолекулярную химию». Заслуга профессора Жана-Пьера Соважа заключается в том, что он первым начал работать в области создания молекулярных машин. В 1983 году он с помощью координационных связей создал супрамолекулярную структуру, успешно соединив две кольцевые молекулы в одну цепь. Чтобы машина могла выполнять свои функции, ее составные части должны иметь возможность взаимного движения. Эти два взаимосвязанных кольцевых молекулярных структуры идеально соответствуют этому требованию. Профессор Факультета химии и молекулярной инженерии Университета науки и технологий Восточного Китая, академик Китайской академии наук Тянь Хэ рассказал, что в 1991 году американский химик Стоддарт впервые предложил концепцию «молекулярного шаттла» — это когда на жесткую молекулу-стержень надевается большой молекулярный кольцо — циклоалкан, который может перемещаться туда-сюда по этому стержню. “После подачи энергии отдельные модули молекулярной машины начинают двигаться относительно друг друга, как это происходит в обычных машинах. Третий лауреат, профессор Бернард Л. Фелинга, стал первым, кто изучил молекулярные двигатели, и внес прорывной вклад в области светочувствительных мономолекулярных двигателей. Тянь Хэ объяснил, что Фелинга синтезировал «молекулярный двигатель», у которого есть фиксированная основа; молекула, расположенная над этой основой, может вращаться на 360 градусов, что очень похоже на механические двигатели в макромире. В 1999 году он разработал молекулярные вращающиеся лопасти. Используя молекулярный двигатель, он смог заставить вращаться стакан, который был в 10 тысяч раз больше самого двигателя. “Трое ученых, получивших в этом году Нобелевскую премию по химии, создали три молекулярных машины, находящиеся в разных состояниях. Их пионерская работа помогла человечеству осознать, что можно использовать молекулы в качестве материала для проектирования и создания машин в микромире. ”Сказал Тянь Хэ. Какова значимость и практическая ценность молекулярных машин? В чем заключается значение и применение молекулярных машин? Тянь Хэ сказал, что многие процессы в живых организмах на самом деле зависят от работы молекулярных машин. Ученые изучают такие процессы жизнедеятельности, как деление клеток, репликация ДНК, транспорт веществ, сокращение мышц, и, выйдя на молекулярный уровень, обнаруживают, что все они являются результатом деятельности множества молекулярных машин. Таким образом, химики могут сотрудничать с биологами, создавая и синтезируя молекулярные машины для моделирования различных жизненных процессов. Молекулярные машины также могут использоваться для хранения информации и создания удивительных «молекулярных компьютеров». В 2007 году Стодарт возглавил команду, которая создала молекулярный чип, способный хранить информацию с чрезвычайно высокой плотностью; плотность хранения данных на этом чипе достигла уровня, характерного для кремниевых чипов в 2020 году. Профессор Факультета химии и молекулярной инженерии Университета науки и технологий Восточного Китая Цю Дахуэй пояснил, что плотность хранения информации на кремниевых чипах подчиняется закону Мура (при неизменной цене количество компонентов и их производительность на интегральных схемах удваиваются каждые 18–24 месяца). Однако этот закон сталкивается с ограничениями в своем развитии. Чипы на молекулярной основе позволяют хранить информацию в молекулярном масштабе, поэтому они не подчиняются закону Мура и могут значительно превзойти кремниевые чипы по плотности хранения информации. Комитет по присуждению Нобелевской премии отметил, что в настоящее время молекулярные машины находятся на этапе концептуального применения. Хотя в настоящее время у молекулярных машин ещё нет практического применения, как же они смогут изменить жизнь человека в будущем? Сообщается, что он может найти применение в таких областях, как более точная диагностика заболеваний, доставка лекарств, хранение информации с высокой плотностью, хранение энергии, создание новых материалов, разработка датчиков и многое другое. Перспективы его применения чрезвычайно обширны