Дьяволы в пробирке. Нобелевская премия по химии присуждена конструкторам самых маленьких машин
Стало едва ли не традицией, что Нобелевскую премию по химии присуждают представителям смежных наук - физикам или молекулярным биологам, которые умудрились открыть или синтезировать новые химические вещества. Однако в 2016 г. премии удостоились три, что называется, чистых химика. Другое дело, что созданные ими наномашины способны обеспечить прорыв в самых разных отраслях - от медицины до освоения космоса.
Размеры наномашин - в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса. Но это не курьезные игрушки, созданные забавы ради. Иначе их конструкторам не дали бы Нобелевку. Наномашины могут быть способны делать на своем наноуровне все то, что делают обычные машины и механизмы, сконструированные человеком, на нашем привычном макроуровне.
Наши автомобили перевозят грузы и людей к месту назначения - так же и нанотранспорт может доставлять, куда надо, например к нужной точке в человеческом организме, необходимые вещества (лекарства для заболевшего органа или яд для злокачественной опухоли) и даже пассажиров (полезные бактерии для восстановления микрофлоры желудка или кишечника).
Наша строительная техника помогает возводить здания самой замысловатой архитектуры - а нанороботы умеют сами строить материалы с заранее заданными уникальными, доселе невозможными свойствами, буквально поштучно подбирая и соединяя нужные атомы и молекулы. Возможно, именно такие машины возьмут на себя массовое производство квантовых систем для квантовых компьютеров - тех самых систем, чьи изобретатели удостоены в этом году Нобелевки по физике.
И для строительства космических баз на Луне или Марсе тоже, по-видимому, пригодятся нанозодчие. Вполне вероятно, что со временем наномашины достигнут такого уровня развития, что научатся собирать себе подобных. Конечно, для этого придется снабдить их наноустройствами для записи информации. Кто знает, не придем ли мы на этом пути к созданию искусственной жизни - которая окажется такой же настоящей жизнью, как и мы сами.
Все это отнюдь не выглядит пустыми мечтаниями, если посмотреть на то, что уже достигнуто благодаря новым лауреатам Нобелевской премии по химии. Их трое, и премия разделена между ними поровну.
Француз Жан-Пьер Соваж (Jean-Pierre Sauvage) родился в 1944 г. в Париже. Сейчас он почетный профессор Страсбургского университета и заслуженный директор по исследованиям в Национальном центре научных исследований (CNRS). Соваж сделал первый шаг к созданию наноавтомобилей - в 1983 г. он научился вдевать одну кольцевую молекулу в другую и таким образом конструировать наноколеса. Для вращения наноколес не требуется никаких спиц, втулок и смазок - их роль с успехом выполняют силы химических связей и законы микромира. Но Соваж не только изобрел наноколеса - он еще и придумал технологию их массового производства. Далее в 1994 г. он научился управлять наноколесом (приводить его во вращение, добавлять обороты), подводя к нему энергию. А в 2000 г. группа Соважа совершила прорыв в другом направлении - сконструировала из молекул эластичную структуру, которая напоминает волокна человеческих мышц.
Сэр Фрейзер Стоддарт (J. Fraser Stoddart) родился в 1942 г. в столице Шотландии Эдинбурге. Сейчас он попечительский профессор химии Северо-Западного университета в Эванстоне (штат Иллинойс, США). Стоддарт избрал профессию химика, мечтая стать молекулярным скульптором - ваять в наномире новые формы, каких никогда не существовало прежде. Именно он сделал второй важнейший шаг к созданию наноавтомобилей - в 1991 г. сконструировал ротаксан. Это молекулярное кольцо на тонкой молекулярной оси, способное не только вращаться вокруг нее, но и двигаться вдоль нее. С 1994 г. группа Стоддарта, используя различные ротаксаны, построила множество молекулярных машин. Среди самых удивительных можно назвать сконструированный в 2004 г. нанолифт, способный поднять себя над поверхностью на высоту своего роста, и созданную в 2005 г. искусственную мышцу, которая двигается благодаря ротаксанам, сгибающим очень тонкую золотую пластинку. В партнерстве с другими исследователями Стоддарт также разработал на основе ротаксана компьютерный чип с памятью 20 кбайт, по сравнению с которым даже самые крошечные транзисторы современных компьютерных чипов выглядят подлинными гигантами. И не исключено, что молекулярные компьютерные чипы так же революционизируют IT-отрасль, как это сделали в свое время транзисторы на основе кремния.
Нидерландец Бернард Феринга (Bernard L. Feringa) родился в 1951 г. Сейчас он профессор органической химии в Университете Гронингена. В 1999 г. Феринга изобрел молекулярный мотор, способный вращаться в заданном направлении. В 2014 г. группа Феринги довела скорость двигателя до 12 млн оборотов в секунду. Эта же группа в 2011 г. создала четырехколесный наноавтомобиль. Его колеса, скрепленные молекулярным шасси, служат также и двигателями. Также группа Феринги сумела с помощью молекулярных моторов вращать стеклянный цилиндр, по размеру превосходящий сами моторы в 10 тыс. раз.
А ведь все это только первые строки в книге рекордов наномира. Нобелевская премия, присужденная за эти достижения, несомненно, подхлестнет соревнования наноконструкторов во всем мире.
