Как известно, Нобелевскую премию за исследования в области химии в 2016 году получили Жан-Пьер Саваж (Страсбургский университет, Франция), Фрейзер Стоддарт (Северо-Западный университет, Иллинойсе, США) и Бернард Л. Феринга ( Гронингенский университет, Нидерланды). Премия им присуждена «за проектирование и синтез молекулярных машин».

Нобелевские лауреаты по химии 2016 года Ж.-П. Саваж, Ф. Стоддарт и Б.Л. Феринга

Среди претендентов на Нобелевскую премию в области химии в этом году были ученые, разработавшие так называемые «ножницы ДНК», которые «чинят» гены при лечении диабета или лейкемии, химики, создавшие современные литий-ионные аккумуляторы, используемые в сотовых телефонах, фотоаппаратах, ноутбуках, а также исследователи, разработавшие новый способ доставки препаратов к раковым опухолям.

Однако в «нобелевской гонке» победа была присуждена нанотехнологам – Ж.-П. Саважу, Ф. Стоддарту и Б.Л. Феринге. Почему?

Ученым удалось «сконструировать» молекулы, которые ведут себя как привычные машины. Если добавить этим частицам немного энергии, они выполнят определенные задачи. Например, могут стать микромотором или искусственной мышцей.

Суть открытия:

• Ученые создали молекулы, движение которых можно контролировать.
• При подаче энергии молекулы могут совершать запрограммированные операции (задания) с микроскопическими объектами на уровне атомов, то есть действовать как машины.
• Молекулярные машины представляют собой устройства размером около нескольких нанометров, которые могут манипулировать одиночными атомами и молекулами, например, переносить их с одного места на другое, сближать, чтобы между ними образовалась химическая связь, или растаскивать в стороны, чтобы химическая связь порвалась.

По мнению Нобелевского комитета, это открытие переводит химию в новое измерение. «Каждый день мы пользуемся разными машинами, будь то автомобиль, или кофе-машина. Их операционные системы видимы глазу – их можно измерить в сантиметрах или метрах. Этим ученым удалась создать микроминиатюрные технологии. Мы сравниваем потенциал этой технологии с созданием кривошипно-шатунного механизма, которое в XIX веке привело к промышленной революции», – прокомментировала решение председатель Нобелевского комитета по химии Сара Сногеруп Линсе.

Первый шаг на пути к созданию молекулярных машин предпринял французский химик Жан-Пьер Саваж еще в 1983 году. Он соединил две молекулы свободной механической связью. Второй шаг сделал шотландский ученый Фрейзер Стоддарт. Среди его разработок – молекулярный лифт, молекулярный мускул и созданный на основе молекул компьютерный чип. А голландский химик Бернард Феринга собрал на основе молекул мотор.

Концепция молекулярного автомобиля, использующего четыре ротора для движения

Первый такой двигатель Феринга получил в 1999 году, заставив молекулу вращаться только в одном направлении, а не хаотически, как это обычно происходит. Структура этой молекулы напоминала колесо ротора с двумя лопатками. А вращалась она под действием ультрафиолетового излучения. К каждой лопатке была присоединена метильная группа, не дававшая молекуле поворачиваться в обратном направлении. К 2014 году Феринга и его сотрудники заставили свой двигатель вращаться со скоростью 12 миллионов оборотов в секунду. В 2011 году эта же исследовательская группа создала «наноавтомобиль», в котором четыре молекулярных ротора работали в качестве колес, отталкиваясь от твердого субстрата. В третьем эксперименте ученые заставили молекулярную машину вращать стеклянный цилиндр длиной 28 мкм.