Молекулярные пропеллеры

Молекулярный пропеллер — наноразмерное устройство в виде молекулы, способное совершать вращательные движения благодаря своей специфической форме, аналогичной макроскопическим винтам ^[1][2]. Молекулярные пропеллеры имеют несколько лопастей молекулярного масштаба, присоединённых к центральному валу, вокруг которого происходит вращение и отстоящих друг от друга на определённый угол.

Отталкивание молекул воды от поверхности гидрофобного молекулярного пропеллера

Молекулярные пропеллеры были спроектированы научной группой профессора Петра Крала в университете Иллинойса в Чикаго. Они представляют собой молекулярные лезвия, формируемые на плоских ароматических молекулах на основе углеродных нанотрубок ^[3]. Молекулярно-динамическое моделирование показывает, что эти пропеллеры могут служить в качестве эффективных насосов для перекачивания жидкости. Их эффективность накачки зависит от химического состава молекулярных лопаток и самой жидкости. Например, если лопасти гидрофобные, то молекулы воды будут от них отталкиваться и пропеллер будет эффективным насосом для данной жидкости. Если лопасти являются гидрофильными, то молекулы воды наоборот будут притягиваться к концам лопастей. Это может значительно уменьшить прохождение других молекул вокруг пропеллера и приостановить перекачку воды.

Управление

Молекулярные пропеллеры можно вращать с помощью молекулярных роторов, которые могут быть инициированы с помощью химических, биологических, оптических или электрических средств ^[4][5][6], или механизмов типа храповика ^[7]. Сама природа реализует большинство биологических процессов с использованием большого числа молекулярных роторов, таких, как миоцин, кинецин и АТФ-синтаза ^[8]. Так, например, роторно-молекулярные моторы, содержащие белок используются бактериями в качестве жгутиков для движения.

Применение

Система из молекулярного пропеллера и молекулярного двигателя может найти применение в нанороботах и использоваться в качестве насоса или двигательного аппарата ^[9]. Будущее применение этих наносистем возможно в широком диапазоне: от новых аналитических инструментов в области химии и физики, доставки лекарств и генной терапии в области биологии и медицины, передовых нанолабораторий до нанороботов, способных выполнять различные действия на наноразмерном и микроскопическом уровнях.