Цивилизация
Нобелевская премия по химии за 2016 год присуждена трем исследователям: Жан-Пьеру Соважу из Университета Страсбурга, Джеймсу Фрейзеру Стоддарту из Северо-Западного университета (США) и Бернарду Феринге из Университета Гронингена (Нидерланды) — за изобретение молекулярных машин.
«Миниатюрные лифты, мышцы и двигатели.
Эти ученые создали молекулы с контролируемыми движениями, способные выполнять работу при подводе к ним энергии», — говорится в заявлении Нобелевского комитета.
Члены Нобелевского комитета во время презентации лауреатов сравнили изобретение молекулярных машин с развитием машин в начале XIX века, в том числе более поздним развитием электрических моторов, ставших одним из ключевых этапов промышленной революции. Спустя несколько минут Нобелевскому комитету удалось дозвониться до одного из лауреатов — Бернарда Феринге.
«Я не знал, что сказать, это был большой сюрприз», — ответил Феринга на вопрос шведского журналиста, каковы были первые слова ученого, когда он узнал о присуждении ему премии. Химик обещал, что обязательно отпразднует премию со своей командой и студентами.
«Это был большой шок, я едва ли верил, что она работает», — сказал он на вопрос того же журналиста о реакции на первую заработавшую молекулярную машину. Химик пояснил, что развитие молекулярных машин поможет в будущем врачам использовать микророботов для доставки лекарств в нужное место организма, а также для поиска раковых клеток и других задач. Также он рассказал, как пришел к идее создания молекулярных машин.
«Я начал с изобретения переключателей — мы хотели создать молекулярные переключатели, которые возможно переводить из состояния ноль в состояние один при помощи света.
Это стало началом для создания наших моторов размером в нанометры, а когда вам удается создать их, вы можете уже думать о дальнейших механизмах для транспорта и движения», — добавил Феринга.
Первый шаг к созданию молекулярных машин сделал еще в 1983 году Жан-Пьер Соваж, когда объединил две кольцевые молекулы вместе, образовав цепочку, названную катенаном.
В норме молекулы соединены сильными ковалентными связями, в которых атомы обмениваются электронами, но, когда они механически объединены в цепь, связь становится свободнее.
Следующий толчок в развитии дала разработка Фрейзером Стоддартом ротаксанов — соединений, состоящих из молекулярной оси и «надетой» на нее кольцевой молекулы. Ученый показал, что эта молекула могла ездить вдоль оси. На основе ротаксанов Стоддарт создал молекулярный лифт, молекулярные мускулы и молекулярный компьютерный чип.
Бернард Феринга был первым, кто разработал молекулярный мотор. В 1999 году он заставил молекулярную роторную лопатку постоянно вращаться в одном направлении. Используя молекулярные моторы, он смог поворачивать стеклянные цилиндры, которые были в 10 тыс. раз больше самого мотора, а в дальнейшем спроектировал «наноавтомобиль».
Сейчас молекулярные моторы находятся примерно на той же стадии развития, на какой электрические были в 1830-е годы, когда ученые конструировали вращающиеся с помощью рычагов колеса и не подозревали о том, что это приведет к появлению электропоездов, стиральных машин, фенов и кухонных комбайнов.
Молекулярные моторы, скорее всего, будут использоваться для создания новых материалов, сенсоров и энергосберегающих систем.
Ранее наиболее вероятными претендентами на премию по химии по версии компании Thomson Reuters были названы Джордж Черч и Фэн Джан, сумевшие отредактировать геномы мыши и человека с помощью системы CRISPR-Cas9. Эта система, изначально отвечающая за выработку приобретенного иммунитета у бактерий, оказалась пригодна для задач генной инженерии.
Кроме них на награду мог рассчитывать Деннис Ло, который разработал способ обнаружения внеклеточной ДНК плода в плазме крови матери, что поможет диагностировать некоторые генетические заболевания, и Хироши Маэда с Ясухиро Мацумурой, открывшие эффект повышенной проницаемости и удержания для макромолекулярных лекарств.