Машины из одной молекулы

Самые маленькие в мире машинки или игрушки - так можно охарактеризовать вещества, с которыми работают на протяжении своей научной карьеры лауреаты Нобелевской премии по химии этого года: француз Жан-Пьер Соваж, англичанин Фрейзер Стоддарт и голландец Бернард Феринга.

Мельче никакой «левша» не сделает - речь идет о конструкциях, состоящих из одной молекулы. В природе такие вещества не встречаются, они создаются в лаборатории путем сложного органического синтеза.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Нобелевскую премию по физике присудили за изучение «странной» материи

УВЛЕКАТЕЛЬНАЯ ХИМИЯ

С одним из счастливых нобелиатов, Жан-Пьером Соважем, сотрудничают и российские химики. Главный научный сотрудник Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова Юлия Горбунова в беседе с корреспондентом «МИР 24» дала французскому коллеге высочайшую оценку как ученому и как человеку. Сама же сфера их деятельности чрезвычайно увлекательна, если в нее немного вникнуть.

«Молекулярные машины - область, которая пытается имитировать то, что происходит в живых организмах, делая искусственные молекулы, - рассказала Горбунова. - Научиться работать на уровне одной молекулы - очень современно. Перспектив много. Имитируется то, что происходит в организме. А умнее систему придумать сложно».

ЧТО ЭТО ТАКОЕ?

Синтетические молекулы, о которых идет речь, строятся из базовых элементов органики - водорода, кислорода, углерода и азота, но в этом синтезе участвуют и металлы. Так, Соваж строил большую молекулу вокруг иона меди.

При попадании мельчайших паров, которые не уловить никакими инструментами, микроскопические датчики смогут изменять цвет и предупреждать людей об опасности.

Пока известны два основных типа таких молекул. «Катенаны» - переплетенные между собой кольца, которыми прославился Соваж. И «ротаксаны» - молекула являет собой своего рода «гантельку», на которую надето кольцо, способное перемещаться туда-сюда по оси. С этим больше всего экспериментировал Стоддарт. Но лауреаты работали и вместе. Бернард Феринга пошел еще дальше, создав первые молекулярные двигатели - так, его молекула вращается в определенную сторону под действием световых лучей.

Появление первых катенанов и ротаксанов относится к рубежу 1960-70-х годов. Тогда эти вещества невозможно было разглядеть, и их создание отмечалось на уровне гипотезы. Фактически, как рассказала эксперт, ученые «вырастили монокристалл - один кристалл вещества, в котором они увидели единичные молекулы». Условно говоря, увидели с помощью таких методов, как ядерный магнитный резонанс и рентген-структурный анализ.

«Поэтому и премия присуждена только сейчас, - пояснила Юлия Горбунова. - Потому что появились такие инструменты, как электронный и атомно-силовой микроскоп, которые позволяют рассмотреть такие молекулы и изучить их свойства».

КАК ЭТО ИСПОЛЬЗОВАТЬ?

Для чего все это нужно человечеству в практическом плане? Наиболее очевидная задача - целенаправленная доставка молекул лекарств в нужные клетки организма. Молекулярные машинки сделают это уж точно лучше всех.

Также синтетические молекулы могут служить тончайшими индикаторами опасных и иных веществ. «При попадании мельчайших паров, которые не уловить никакими инструментами», по словам эксперта, микроскопические датчики смогут изменять цвет и предупреждать людей об опасности.

Однако есть задачи и более высшего порядка с точки зрения познания мира. Дело в том, что работа самого человеческого организма - это работа молекул в составе клеток, о которой пока сам человек знает не так уж много.

«Вот работают мышцы - а все это определяют некие молекулы в нашем организме, - рассказала Горбунова. - За счет слабых молекулярных взаимодействий наши с вами белки осуществляют различные функции при очень слабых химических воздействиях». Дальнейшее постижение этих процессов сулит небывалые открытия.

Юлия Горбунова и ее коллеги сотрудничают с лабораторией Жана-Пьера Соважа, расположенной в Страсбурге, с 2005 года. Осуществляют совместный проект по созданию молекулярных машин на основе сложных биологически активных соединений - порфиринов. Диссертация на тему «Дизайн молекулярных переключателей на основе порфиринов фосфора» будет защищаться в декабре.

Леонид Смирнов.