Дияволи в пробірці. Нобелівська премія з хімії присуджена конструкторам самих маленьких машин
Ледь не Стало традицією, що Нобелівську премію з хімії присуджують представникам суміжних наук - фізикам або молекулярним біологам, які примудрилися відкрити або синтезувати нові хімічні речовини. Однак у 2016 р. премії удостоїлися три, що називається, чистих хіміка. Інша справа, що створені ними наномашини здатні забезпечити прорив в самих різних галузях - від медицини до освоєння космосу.
Розміри наномашин - в тисячу разів менше товщини людського волоса. Але це не курйозні іграшки, створені задля забави. Інакше їх конструкторам не дали б Нобелівку. Наномашини можуть бути здатні робити на своєму нанорівні все те, що роблять звичайні машини і механізми, сконструйовані людиною, на нашому звичному макрорівні.
Наші автомобілі перевозять вантажі і людей до місця призначення, - так само і нанотранспорт може доставляти, куди треба, наприклад до потрібної точки в людському організмі, необхідні речовини (ліки для хворого органу або отрута для злоякісної пухлини) і навіть пасажирів (корисні бактерії для відновлення мікрофлори шлунка або кишечнику).
Наша будівельна техніка допомагає зводити будівлі самої вигадливої архітектури - а нанороботи вміють самі будувати матеріали з наперед заданими унікальними, досі неможливими властивостями, буквально поштучно підбираючи і з'єднуючи потрібні атоми і молекули. Можливо, саме такі машини візьмуть на себе масове виробництво квантових систем для квантових комп'ютерів - тих самих систем, чиї винахідники удостоєні цього року Нобелівки з фізики.
І для будівництва космічних баз на Місяці або Марсі теж, мабуть, знадобляться нанозодчие. Цілком ймовірно, що з часом наномашини досягнуть такого рівня розвитку, що навчаться збирати собі подібних. Звичайно, для цього доведеться забезпечити їх наноустройствами для запису інформації. Хто знає, чи не прийдемо ми на цьому шляху до створення штучного життя - яка виявиться такою ж справжньою життям, як і ми самі.
Все це аж ніяк не виглядає порожніми мріями, якщо подивитися на те, що вже досягнуто завдяки новим лауреатам Нобелівської премії з хімії. Їх троє, і премія розділена між ними порівну.
Француз Жан-П'єр Соваж (Jean-Pierre Sauvage) народився у 1944 р. в Парижі. Зараз він почесний професор Страсбурзького університету і почесний директор з досліджень у Національному центрі наукових досліджень (CNRS). Соваж зробив перший крок до створення наноавтомобилей - у 1983 р. він навчився всиляти одну кільцеву молекулу в іншу і таким чином конструювати наноколеса. Для обертання наноколес не потрібно ніяких спиць, втулок і мастил - їх роль з успіхом виконують сили хімічних зв'язків і законів мікросвіту. Але Соваж не тільки винайшов наноколеса - він ще й придумав технологію їх масового виробництва. Далі в 1994 р. він навчився управляти наноколесом (приводити його в обертання, додавати обертів), підводячи до нього енергію. А в 2000 р. група Соважа зробила прорив в іншому напрямку - сконструювала з молекул еластичну структуру, яка нагадує волокна людських м'язів.
Сер Фрейзер Стоддарт (J. Fraser Stoddart) народився в 1942 р. в столиці Шотландії Единбурзі. Зараз він опікунська професор хімії Північно-Західного університету в Еванстоні (штат Іллінойс, США). Стоддарт обрав професію хіміка, мріючи стати молекулярним скульптором - ліпити в наносвіті нові форми, яких ніколи не існувало. Саме він зробив другий найважливіший крок до створення наноавтомобилей - у 1991 р. сконструював ротаксан. Це молекулярне кільце на тонкій молекулярної осі, здатне не тільки обертатися навколо неї, але і рухатися вздовж неї. З 1994 р. група Стодарта, використовуючи різні ротаксаны, побудувала безліч молекулярних машин. Серед найдивовижніших можна назвати сконструйований в 2004 р. нанолифт, здатний підняти себе над поверхнею на висоту свого зростання, і створену в 2005 р. штучну м'яз, яка рухається завдяки ротаксанам, сгибающим дуже тонку золоту платівку. В партнерстві з іншими дослідниками Стоддарт також розробив на основі ротаксана комп'ютерний чіп з пам'яттю 20 кбайт, у порівнянні з яким навіть самі крихітні транзистори сучасних комп'ютерних чіпів виглядають справжніми гігантами. І не виключено, що молекулярні комп'ютерні чіпи так само революціонізують IT-галузь, як це зробили свого часу транзистори на основі кремнію.
Нідерландець Бернард Феринга (Bernard L. Feringa) народився в 1951 р. Зараз він професор органічної хімії в Університеті Гронінгена. У 1999 р. Феринга винайшов молекулярний мотор, здатний обертатися в заданому напрямку. У 2014 р. група Феринги довела швидкість двигуна до 12 млн оборотів в секунду. Ця ж група в 2011 р. створила чотириколісний наноавтомобіль. Його колеса, скріплені молекулярним шасі, служать також і двигунами. Також група Феринги зуміла з допомогою молекулярних моторів обертати скляний циліндр, за розміром перевершує самі мотори в 10 тис. разів.
Адже все це тільки перші рядки в книзі рекордів наносвіту. Нобелівська премія, присуджена за ці досягнення, безсумнівно, підхльосне змагання наноконструкторов у всьому світі.