Ученые создали нанодвигатель на воде

МОСКВА, 14 сен — РИА Новости. Американские и британские исследователи разработали соединение, кристаллы которого меняют свой размер в зависимости от влажности. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Materials, подробно описывается, как новый материал может работать в качестве молекулярного нанодвигателя.

Испарение и конденсация воды — мощные процессы, энергия которых пока никак не используется. Ученые из Центра перспективных научных исследований Университета города Нью-Йорк вместе с шотландскими коллегами из Университета Стратклайда в Глазго собрали из простых биомолекул — трипептидов, материал, кристаллы которого расширяются и сжимаются в ответ на изменения влажности.

Авторы предлагают, что механическую энергию, производимую созданными ими морфогенными кристаллами, можно использовать в различных молекулярных машинах и устройствах.

Материал состоит из трехмерных блоков пептидов, в наноразмерных порах которых плотно связывается вода. Когда влажность понижается и достигает критического значения, вода выходит из пор, что приводит к сильному сжатию взаимосвязанной сети. Кристаллы при этом временно теряют свой упорядоченный узор, а когда влажность восстанавливается, возвращаются в первоначальную форму.

Такое жесткое и одновременно гибкое поведение кристаллов трипептидов объясняется тем, что их структура напоминает сетку, ячейки-поры которой заполнены водой. При этом процесс заполнения и осушения пор можно повторять до бесконечности — это своего рода наноразмерный вечный двигатель, чрезвычайно эффективный и экологически чистый.

Используя комбинацию лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования, исследователи определили факторы, контролирующие срабатывание кристаллов.

"По сути, мы создали новый тип привода, который приводится в действие за счет испарения воды, — приводятся в пресс-релизе Центра перспективных научных исследований (ASRC) слова первого автора статьи Роксаны Пиотровска (Roxana Piotrowska). — Наблюдая за его активностью, мы смогли определить фундаментальные механизмы того, как реагирующие на воду материалы эффективно преобразуют испарение в механическую энергию".

Важной особенностью нового материала авторы считают то, что морфогенные кристаллы производят из тех же строительных блоков, из которых состоят белки, но они существенно проще, и их свойства можно точно настроить и рационально оптимизировать для каждого конкретного приложения.

"Прелесть использования биологических строительных блоков для создания этой новой технологии в том, что полученные кристаллы биосовместимые, биоразлагаемые и недорогие", — отмечает еще один автор исследования, директор ASRC Рейн Улийн (Rein Ulijn).

Авторы подчеркивают, что, зная механизм эффективного извлечения энергии испарения и превращения ее в движение, можно в будущем разработать самые разные приложения, такие как роботизированные нанокомплексы, механические микро- и наномашины.