Исследователи из США и Японии разработали новый тип молекулярного мотора, который способен перемещаться по поверхности жидкости, самостоятельно приводя себя в движение. Новая система представляет собой очередной шаг в разработке автономных микроскопических машин, движение которых имитирует движение микроскопических форм жизни, таких как бактерии.

Исследователи, работавшие под руководством Хироси Мацуи (Hiroshi Matsui) загрузили поры металлорганической каркасной структуры [metal-organic framework (MOF)] пептидом и поместили эти частицы в воду. Затем они ввели в этот раствор небольшое количество натриевой соли этилендиаминтетраацетата, который частично разрушил металлоорганическую каркасную структуру таким образом, что пептид начал медленно вытекать из пор каркасной системы. Вступая в контакт с водой, пептид самопроизвольно реорганизуется в гидрофобный агрегат, в результате чего понижается смачиваемость пептида. Появление градиента поверхностного натяжения приводит к тому, что частица движется вперед – в область с большим поверхностным натяжением. Это явление известно, как эффект Марангони.

Рис. 1. Высвобождение пептида из
металлоорганического каркаса приводит
к образованию гидрофобного агрегата и
движению лодки Марангони за счет градиента
поверхностного натяжения. (Рисунок из Nature Mat.,
2012, DOI: 10.1038/nmat3461).

Для демонстрации возможностей исследователи изготовили маленькую лодку из пластмассы, оставив в одном конце ее щель и загрузив в эту щель «топливный бак» из металлорганического каркаса, заполненного пептидом. Разрушение металлоорганического каркаса приводило к высвобождению белка и поступательному движению лодки.

Мацуи отмечает, что создать градиент поверхностного натяжения можно создать не только за счет испускания металлоорганическим каркасом, но и за счет поглощения пористой системой какого-либо вещества – возможность движения за счет поглощения определенных молекул, находящихся на поверхности воды.

Как предполагают исследователи,

«поглотительная» лодка Марагони может использоваться для создания микророботов, удаляющих с поверхности воды какое-либо загрязнение, например – разлитые углеводороды. В ближайшее время исследователи планируют разработать подобную систему.

Эксперты по автономному молекулярному движению высоко оценивают результаты команды Мацуи. Так, Робин Рас (Robin Ras) в прошлом году продемонстрировавший лодку Марангони, работающую на этаноле, отмечает, что новая система отличается в выгодную сторону от известных тем, что

• во-первых, она использует биологически совместимое «топливо», а
• во-вторых – топливо может высвобождаться с небольшой скоростью, а его расход может контролироваться – это обстоятельство позволяет новой лодке Марангони двигаться в течение более длительного времени.