Нанопауки, плетущие пряжу из полимеров

Исследователи из Университета Пенсильвании заявляют, что "химический паук", прядущий полимерную нить с помощью простого и известного катализатора, может приводить в движение наномотор. Аюсман Сен (Ayusman Sen) с коллегами отмечает, что наномоторы такого типа потенциально могут применяться для нанесения тонких полимерных нитей на внутреннюю поверхность микроустройств.

Если не принимать вчерашнее сообщение о молекулярном электромоторе большая часть молекулярных моторов приводится в действие за счет каталитической конверсии небольших молекул, служащих топливом для таких молекулярных двигателей, в результате их каталитической конверсии возникает химический градиент, который приводит в движение молекулярный ансамбль – молекулярный мотор.

Однако для многих приложений такой способ не является идеальным методом заставить молекулярный мотор двигаться, вместе с тем, некоторые молекулярные моторы биологического происхождения приводятся в движение за счет реакции полимеризации, например движение листерии (listeria) обусловлено полимеризацией белка - актина. Исследователи из группы Сена предположили, что некоторые металлоорганические катализаторы полимеризации могут оказаться полезными в расширении перечня каталитических реакций, управляющих автономным движением молекулярных моторов.

Хотя ранее исследователями из Университета Райса (Техас) независимо было предположено, что движение молекул может управляться реакцией полимеризации, эта концепция до настоящего времени не была осуществлена экспериментально.

Для приведения в действие "полимеризационного" наномотора исследователи из группы Сена решили использовать полимеризацию с метатетическим раскрытием циклом [ring-opening metathesis polymerisation (ROMP)] норборнена с помощью простейшего варианта катализатора Граббса – карбенового комплекса переходного металла. Первоначально были получены "двуликие" частицы золото-оксид кремния – для этого частички оксида кремния размером 0.96 мкм неравномерно покрывали монослоем золота, после чего к располагающемуся на поверхности оксиду кремния прививали катализатор Граббса.

При протекании полимеризации норборнена частицы начинали двигаться, расход мономера отслеживался с помощью хроматографических методов, с помощью сканирующей электронной микроскопии наблюдалось "прядение" асимметрическими частицами полимерной нити , причем скорость вращения зависела от концентрации норборнена.

Одним из интересных наблюдений, полученных с помощью оптической спектроскопии, является и то, что при наличии градиента концентраций частицы двигались по направлению увеличения значения химического градиента, обычно движение в направлении увеличения градиента концентраций редко наблюдается вне биологии. Введение в систему ингибитора катализатора Граббса – винилэтиловогоэфира приводит к прекращению движения.