Kosár

A kosár jelenleg üres

Bejelentkezés &
Regisztráció

Jelenleg nincs belépve.

Válassza ki az oldal nyelvét

TERMÉKEINK

iPon FÓRUM

iPon Cikkek

A világ legkisebb gépei

  • Dátum | 2016.10.09 08:01
  • Szerző | Jools
  • Csoport | EGYÉB

„Most pedig beszéljünk arról, hogyan lehetne nagyon apró, mozgóalkatrészes gépezeteket létrehozni” – fordult a közönséghez 1984-es híres előadása során Richard Feynman. A Nobel-díjas fizikus meg volt győződve arról, hogy egy napon lehetséges lesz nanométeres nagyságrendű gépeket gyártani. Feynman a természetben igazoltan létező aprócska gépekkel igyekezett alátámasztani álláspontját, a baktériumokat forogva hajtó ostor működését hozva fel példaként.

A szakértő fő kérdése tehát nem az volt, hogy lehet-e ilyen apró gépeket csinálni, hanem hogy hogyan fog tudni az ember hatalmas kezeivel ilyeneket kreálni. Az egyik általa felvetett lehetőség a sajátunknál kisebb mechanikus kezek megépítése volt, amelyek aztán maguknál szintén kisebb kezeket állítanak elő, és így tovább, mire elérjük a nanoszinten is működni képes kezeket. Feynman rögtön azt is hozzátette, hogy erre már történt is kísérlet, egyelőre kevés sikerrel.

Egy másik, Feynman szerint biztatóbb stratégia a piciny gépek elemeikből való, alulról történő felépítése volt. A kutató ezt úgy képzelte, hogy különböző anyagokat, például szilíciumot permetezünk egy felületre, atomi rétegenként alakítva ki a gépet. Menet közben egyes részeket fel kell oldani és eltávolítani, így alakítva ki és téve mozgathatóvá az alkatrészeket. A rendszer tagjait aztán elektromos energiával irányíthatnánk.


Feynman előadásának célja bevallottan a közönség soraiban ülő szakértők inspirálása volt. Amikor a mezítlábas tudós mondandója végére ért, és nekiállt összeszedni jegyzeteit, még egyszer felpillantott a hallgatóságra, és huncut mosollyal jó szórakozást kívánt a jelenlevőknek az apró gépezetekkel való játékhoz, majd hozzátette: „25–30 évet adok, és addigra valami gyakorlati hasznuk is lehet ezeknek. Hogy ez mi lesz, azt azonban még én sem tudom.”

Sem Feynman, sem a közönség tagjai nem tudták, hogy eddigre már megtörtént az első fontos lépés a molekuláris gépezetek létrehozása felé, ráadásul egészen más módon, mint ahogy azt a fizikus elképzelte. A 20. század közepén az egyre összetettebb molekulák szintetizálásával foglalkozó vegyészek olyan molekuláris láncokat próbáltak létrehozni, amelyekben gyűrűs molekulák vannak összefűzve. A kísérletek célja egyben egy újfajta kötés létrehozása is volt, amelyben az atomok nincsenek közvetlen interakciókban egymással, mint a kovalens kötésekben, hanem pusztán mechanikus kapcsolatban állnak, hasonlóan az egymásba kapcsolódó láncszemekhez.

Az 1950–60-as években több kutatócsoport is arról számolt be, hogy kisebb mennyiségben sikerült előállítaniuk az áhított molekuláris láncokat, de ehhez rendkívül bonyolult módszerekre volt szükségük. Az eredményeket így inkább csak szakmai kíváncsiság övezte, és a következő évek során egyre többen adták fel a reményt, hogy valaha is kifizetődő metódust találnak a láncok létrehozására. 1983-ban aztán teljesen váratlanul megtörtént az áttörés: egy francia kutatócsoport hétköznapi rézionokat használva irányítása alá vonta a molekulákat. A csoportot Jean-Pierre Sauvage vezette.


Ahogy a tudományban oly sokszor megesik, a felfedezéshez vezető inspiráció egy teljesen másik tudományterületről érkezett. Sauvage fotokémiával foglalkozott, vagyis olyan molekulakomplexeket próbált létrehozni, amelyek képesek kémiai energiává alakítani a napfény energiáját. Amikor a szakértő felvázolta az egyik ilyen komplex modelljét, feltűnt neki hogy az mennyire hasonlít egy molekuláris láncra: a kérdéses együttesben egy réziont ölelt körül két molekula.

Ez a felismerés drámaian megváltoztatta Sauvage kutatásának irányát. A fotokémiai komplexet modellként használva a szakértő kollégáival létrehozott egy gyűrűs és egy félkör alakú molekulát, amelyek vonzódtak a rézionokhoz. Az ionok kapcsolóelemként kötötték össze a molekulákat, a félkört úgy rögzítve, hogy az átfutott a gyűrű belsején. A következő lépésben a csapat kémiai reakciók révén kívülről egy másik félkör alakú molekulát kapcsolt az elsőhöz, gyűrűvé egészítve ki azt, két egymásba kapcsolódó gyűrűt kreálva ezzel. Amikor ez megvolt a réziont eltávolították a komplexből.


A korábbi hasonló kísérletek során ennél jóval bonyolultabb módszerekkel csak a nyersanyagként használt gyűrűk legfeljebb néhány százalékát sikerült egymásba fűzni. A rézionos megoldással 42 százalékra ugrott ez az arány. A molekuláris láncok tehát ritka érdekességből egy csapásra könnyen előállítható komplexekké váltak. Sauvage megoldását felhasználva a szakértők egyre bonyolultabb molekuláris struktúrákat, láncokat, csomókat kezdtek létrehozni. Sauvage és J. Fraser Stoddart olyan kulturális szimbólumokat alkotott meg miniatűr méretekben, mint például a lóhere csomó, a Salamon csomó vagy a Borromeo-kereszt.

Az is hamar kiderült, hogy a molekuláris csomók nem csak esztétikailag érdekesek. Sauvage rövidesen rájött, hogy ezek az újfajta molekulák a molekuláris gépezetek létrehozásának első lépését is jelképezik. A nanoméretű gépek megalkotásának első feltétele ugyanis az volt, hogy egymáshoz képest elmozdulni képes, de egymással összekapcsolt aprócska alkatrészeket lehessen létrehozni. Az egymásba fonódó gyűrűk pedig pontosan ilyenek voltak. A katenánoknak nevezett láncokból 1994-re egy olyan verziót is sikerült létrehozni, amelyben az egyik gyűrű irányítottan forgatható volt, ha energiát adtak a rendszerhez.

Hozzászólások

Nem vagy bejelentkezve, a hozzászóláshoz regisztrálj vagy lépj be!

Még nem érkezett hozzászólás.