Молекулярный пропеллер
Молекулярный пропеллер — это молекула , которая может перемещать жидкости при вращении благодаря своей особой форме, разработанной по аналогии с макроскопическими пропеллерами : [ 1 ] [ 2 ] молекулярного масштаба, он имеет несколько лопастей прикрепленных под определенным углом наклона по окружности вала , выровненных вдоль оси вращения.
Молекулярные пропеллеры, разработанные группой профессора Петра Крала из Университета Иллинойса в Чикаго, имеют лопасти, образованные плоскими ароматическими молекулами, а вал представляет собой углеродные нанотрубки . [ 3 ] Моделирование молекулярной динамики показывает, что эти пропеллеры могут служить эффективными насосами в объеме и на поверхности жидкостей. Эффективность их откачки зависит от химического состава поверхности раздела лопаток и жидкости. Например, если лопасти гидрофобны , молекулы воды не связываются с ними, и пропеллеры могут их хорошо накачивать. Если лезвия гидрофильны , молекулы воды образуют водородные связи с атомами полярных лезвий. Это может в значительной степени заблокировать поток других молекул воды вокруг лопастей и существенно замедлить их откачку.
Вождение
[ редактировать ]Молекулярные пропеллеры могут вращаться с помощью молекулярных двигателей , которые могут приводиться в движение химическими, биологическими, оптическими и электрическими средствами. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] или различные храповые механизмы. [ 7 ] Природа реализует большую часть биологической деятельности с помощью большого количества сложных молекулярных моторов, таких как миозин , кинезин и АТФ-синтаза . [ 8 ] Например, вращающиеся молекулярные моторы, прикрепленные к белковым хвостам, называемым жгутиками, могут приводить в движение бактерии.
Приложения
[ редактировать ]Подобным образом сборка молекулярного пропеллера и молекулярного двигателя может сформировать наноразмерную машину, которая может перекачивать жидкости или осуществлять передвижение . [ 9 ] Будущие применения этих наносистем варьируются от новых аналитических инструментов в физике и химии, доставки лекарств и генной терапии в биологии и медицине, передовых нанофлюидных технологий «лаборатория на чипе» до крошечных роботов , выполняющих различные действия на нано- или микроуровне.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дж. Вацек и Дж. Михл, Молекулярный конструктор «Тинкертой»: Компьютерное моделирование молекулярных пропеллеров , New J. Chem. 21 1259 1997 г.
- ^ Симпсон, Кристофер Д.; Маттерштайг, Гюнтер; Мартин, Кай; Гергель, Лилета; Бауэр, Роланд Э.; и др. (2004). «Наноразмерные молекулярные пропеллеры путем циклодегидрирования полифениленовых дендримеров». Журнал Американского химического общества . 126 (10). Американское химическое общество (ACS): 3139–3147. дои : 10.1021/ja036732j . ISSN 0002-7863 . ПМИД 15012144 .
- ^ Ван, Боян; Крал, Петр (28 июня 2007 г.). «Химически настраиваемые наноразмерные движители жидкостей». Письма о физических отзывах . 98 (26). Американское физическое общество (APS): 266102. Бибкод : 2007PhRvL..98z6102W . дои : 10.1103/physrevlett.98.266102 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 17678108 .
- ^ Келли, Т. Росс; Де Силва, Харшани; Сильва, Ричард А. (1999). «Однонаправленное вращательное движение в молекулярной системе». Природа . 401 (6749). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 150–152. Бибкод : 1999Natur.401..150K . дои : 10.1038/43639 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 10490021 . S2CID 4351615 .
- ^ Комура, Нагатоши; Зийлстра, Роберт У.Дж.; ван Делден, Ричард А.; Харада, Нобуюки; Феринга, Бен Л. (1999). «Однонаправленный молекулярный ротор с приводом от света» (PDF) . Природа . 401 (6749). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 152–155. Бибкод : 1999Natur.401..152K . дои : 10.1038/43646 . hdl : 11370/d8399fe7-11be-4282-8cd0-7c0adf42c96f . ISSN 0028-0836 . ПМИД 10490022 . S2CID 4412610 .
- ^ Бустаманте, Карлос; Чемла, Янн Р.; Форд, Нэнси Р.; Ижаки, Дэвид (2004). «Механические процессы в биохимии». Ежегодный обзор биохимии . 73 (1). Годовые обзоры: 705–748. doi : 10.1146/annurev.biochem.72.121801.161542 . ISSN 0066-4154 . ПМИД 15189157 .
- ^ Астумян, Р. Дин (9 мая 1997 г.). «Термодинамика и кинетика броуновского двигателя». Наука . 276 (5314). Американская ассоциация развития науки (AAAS): 917–922. дои : 10.1126/science.276.5314.917 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 9139648 .
- ^ Цунода, СП; Аггелер, Р.; Ёсида, М.; Капальди, РА (30 января 2001 г.). «Вращение олигомера субъединицы c в полностью функциональной АТФ-синтазе F1Fo» . Труды Национальной академии наук . 98 (3): 898–902. Бибкод : 2001PNAS...98..898T . дои : 10.1073/pnas.98.3.898 . ISSN 0027-8424 . ПМК 14681 . ПМИД 11158567 .
- ^ Сунг, РК; Баханд, Джорджия; Невес, HP; Ольховец, АГ; Крейгхед, Х.Г.; Монтеманьо, компакт-диск (24 ноября 2000 г.). «Питание неорганического наноустройства с помощью биомолекулярного двигателя». Наука . 290 (5496). Американская ассоциация развития науки (AAAS): 1555–1558. Бибкод : 2000Sci...290.1555S . дои : 10.1126/science.290.5496.1555 . ПМИД 11090349 .