Химики из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) показали, что некоторые молекулы, способные переносить грузы по поверхности, увеличивают скорость движения за счёт квантовомеханических эффектов.

Молекулярные машины встречаются в природе очень часто: наиболее очевидным примером будут кинезиновые моторы, участвующие в транспортировке белков в клетках. Такого рода биологические моторы очень сложны и состоят из тысяч атомов, а потому изучать их с использованием компьютерных моделей невозможно. Авторы работали с гораздо более простыми молекулами, которые передвигаются и перемещают грузы по медной поверхности в вакууме.

Два года назад группа, возглавляемая Людвигом Бартельсом (Ludwig Bartels), провела эксперименты с молекулой антрахинона C14H8O2 — вещества, которое широко используется в целлюлозной промышленности. Как выяснилось, антрахинон на меди может передвигаться по прямой линии, что уже весьма интересно. Более того, молекула продемонстрировала возможность присоединять к двум своим кислородным «ногам» диоксид углерода и перемещаться вместе с ним.

«В новой работе мы хотели протестировать молекулу с большей грузоподъёмностью — с бóльшим числом «ног», — рассказывает г-н Бартельс. — Нас интересовал вопрос о том, как именно она будет идти по поверхности». Такой молекулой стал «четвероногий» пентацентетрон.

Наблюдая за пентацентетроном, учёные выяснили, что он перемещается примерно так же, как лошадь-иноходец: сначала передвигает обе «ноги» с одной стороны, а затем — с другой. Обычная рысь, как показало моделирование, действительно менее выгодна для молекулы.

По скорости хода пентацентетрон в миллион раз уступал антрахинону. Этот факт заинтересовал авторов, и они выполнили серию опытов, изменяя температуру и следя за тем, как это отражается на скорости молекулярных машин. В результате было установлено, что антрахинон может преодолевать встреченные барьеры (неровности поверхности) за счёт туннелирования. Пентацентетрону же приходится передвигаться чисто классическим способом: координировать туннелирование сразу двух «ног» не получается. «Таким образом, даже на микроуровне машины, принимающие большой груз, перемещаются медленнее, — говорит г-н Бартельс. — Стоит ли из-за этого расстраиваться? Пожалуй, нет: сейчас, когда исследования молекулярных машин только начинаются, медленное движение даже приносит нам пользу, поскольку за такими молекулами проще наблюдать».

Вскоре химики планируют провести эксперименты с более длинными молекулами, движение которых можно будет контролировать с помощью излучения.

Моделирование возможных способов передвижения пентацентетрона: видео.

Полная версия отчёта опубликована в издании Journal of the American Chemical Society.
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja1027343

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.
http://physicsworld.com/cws/article/news/43752

Источник (с иллюстрациями и гиперссылками): http://science.compulenta.ru/563389/