Molekularne mašine

78d5226b29224c1968a90436c7c29f94_1

Žan Pjer Sovaž (Jean-Pierre Sauvage, University of Strasbourg, France), Frejzer Stodart (Sir J. Fraser Stoddart, Northwestern University, Evanston, Il, USA) i Bernard Feringa (Bernard Feringa, University of Groningem, Netherlands) dele ovogodišnju Nobelovu nagradu za hemiju (1).

Oni su razvili molekularne mašine. Prema saopštenju Nobelovog komiteta, nagrada je dodeljena trojici hemičara za dizajn i sintezu minijaturnih molekularnih mašina, tj. za razvoj molekula čiji se pokreti mogu kontrolisati i koji mogu izvršavati određene zadatke kada im se doda energija.

Ova nagrada je pokazatelj toga kako tehnologija minijaturnih mašina može dovesti do sagledavanja nove dimenzije hemije.

Prvi korak ka molekularnim mašinama izveo je Žan Pjer Sovaž 1983. godine, kada je uspeo da poveže dva molekula u obliku prstena zajedno, tako da formiraju lanac.
Dva prstena lančane strukture su inače poznati pod nazivom katenani (catenanes, 2). Ova molekularna struktura deluje fascinantno, ali, kako napraviti takve objekte u nano-svetu?

catenaneTreba pomenuti i da se prva sinteza katenana vezuje za 1960. godinu, profesora Harry Wassermana i njegovu istraživačku grupu. Međutim, danas, sa ove distance, može se reći da bilans rada njegovog tima nije bio zadovoljavajući. Hemijski prinos reakcije je bio marginalan, budući da se oslanjao na statističku mogućnost formiranja dvostrukih prstenastih sistema koja je iznosila svega 0,0001%. Od tada pa nadalje, radilo se na poboljšanju strategije.

catenane_chemcomm_244_1985

Strategija stvaranja efikasnih katenana se sastojala u tome da se formira minijaturna molekularna mašina čiji se delovi pomeraju jedan u odnosu na drugi. Istraživačka grupa na čelu sa Žan Pjer Sovažom je uspela da šablonski usmerenom sintezom formira blisko povezan prstenasti sistem koji ispunjava upravo ovaj uslov. Kasnije će se ispostaviti da je predlog usmerene sinteze, potekao od tima profesora Sovaža, izuzetno koristan, jer će postati standardna metodologija u oblasti supramolekularne hemije.

Drugi korak je preduzeo Frejzer Stodart 1991. godine, kada je razvio tzv. rotaksane (rotaxanes, 3). On je provukao molekularni prsten na tanku molekularnu osovinu i pokazao da je prsten u stanju da se kreće duž osovine.
Princip povezanih prstenova unutar lanca koji imaju svojstvo da se kreću duž osovine, inače, čini bazu kompjuterskih čipova.

250px-rotaxane_crystal_structure_chemcomm_page493_2001_commons

Profesor Frejzer i njegova grupa istraživača su 1994. sintetizovali katenane sastavljene od pet međusobno povezanih prstenova.

Pored njega, vremenom, aktivni u ovoj oblasti postaju i drugi naučnici širom sveta. Jedan od njih Makoto Fujita, profesor sa Univerziteta u Tokiju, proučava reakciju različitih molekula koji sadrže azot sa metalnim jonima, kako bi razvio funkcionalne materijale.

Postepeno dolazi do povećanja efikasnosti reakcija. Vrsta reakcije koja je nekada imala prinos od 0,0001% postaje visokoefikasna sa prinosom od 90%. Potencijalna moć molekula da izgrade veoma složene molekularne sisteme, postaje vidljiva.

Frejzer primenjuje sličan koncept 2004. godine, te sintetizuje molekularni prsten od dvanaest reaktanata pomoću šest metalnih jona koji kontrolišu šablon. Nakon toga, grupa koja radi s njim prijavljuje sintezu molekularnih sistema sa istim reaktantima, ali uz promenu jona metala. Upravo će ovi, ne kruto vezani, ali ni odvojeni katenani, činiti osnovu upotrebe prstenova u molekularnim motorima.

c3nr01683h-f8

Treći korak: Bernar Feringa je prva osoba koja je započela razvoj molekularnog motora.
Suština onoga što se dešava u prvom molekularnom motornom sistemu jeste činjenica da kretanje, tj. rotacija prstena može da se kontroliše pomoću eksterno primenjenog električnog signala.

Feringa je mehanizam usavršio 1999. godine kada je uz pomoć molekularnog rotora uspeo da izvede konstantno kretanje u istom smeru. Koristeći molekularne motore, on je takođe dizajnirao i nanoautomobil.
Na sledećem linku se može videti prikaz kretanja nanoautomobila po metalnoj podlozi:

Primena molekularnih mašina

Molekularne mašine u sadašnjim uslovima ne nalaze direktnu primenu.
U budućnosti će biti najverovatnije korišćene u razvoju novih tehnologija, materijala, senzora i sistema za skladištenje energije.
U smislu razvoja, moglo bi se reći da je molekularni motor u istoj fazi u kojoj je bio i električni motor 1830. godine, kada ni sami naučnici nisu bili svesni da će tadašnji izumi dovesti do razvoja mašina za pranje veša ili uređaja za preradu hrane, na primer.

Jovica Bađić, profesor na Univerzitetu Ohajo, kome pored Dušana Kolarskog, doktoranda na Univerzitetu Groningem, pripadaju skromne zasluge u projektovanju molekularnih mašina, kaže da njihovu primenu vidi u razvoju novih lekova, dijagnostici nekih bolesti i njihovoj korekciji.

Jovica Bađić i Dušan Kolarski su osnovne akademske studije završili na Hemijskom fakultetu u Beogradu.

Jovica je na projektovanju mašina sa profesorom Frejzerom sarađivao u periodu od 2001. do 2004. godine u okviru postdoktorskih studija, dok je Dušan Kolarski sada doktorand na fakultetu Groningem u Holandiji, gde je Bernar Feringa profesor.
Dušan Kolarski navodi da Feringa trenutno inicira projekte u kojima bi došlo do prevođenja sadašnjih nanoautomobila u nanoautomobile koji bi bili injektovani u telo pacijenta kontrolisanim pokretima mehanizmom uz pomoć svetla, a koji bi imali ulogu nosilaca odgovarajućeg leka.

Ukoliko zanemarimo u sledećem video-snimku ometajuće sitnice poput isticanja da su dvojica hemičara Srbi, te retorike formulisane u vidu pitanja — da li je neophodno otići iz Srbije da bi se napredovalo u nauci — nije loše odgledati prilog* o razvoju karijera dvojice sjajnih hemičara, njihovom odlasku iz Srbije i saradnji sa ovogodišnjim laureatima Nobelove nagrade za hemiju.

*Video-snimak pustiti od 19′ 42″. Srećno!

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: