Исследователи из разных научных организаций достаточно давно исследуют и имитируют поведение некоторых компонентов живых клеток для создания молекулярных двигателей, которые, в свою очередь, будут приводить в движение крошечных молекулярных нанороботов, способных доставлять лекарственные препараты к месту назначения, производить хирургические операции на микроскопическом уровне и выполнять ряд других более сложных полезных действий. Основной задачей этих двигателей является преобразование движения на молекулярном или атомарном уровне в движение на макро-уровне, при этом должно обеспечиваться постоянное циклическое повторение всех этих движений. Успехов в деле создания такого двигателя удалось добиться исследователям из университета Хоккайдо (Hokkaido University), Япония, созданный ими прозрачный полимерный «двигатель» начинает изгибаться и распрямляться под воздействием импульсов синего света, а его движение легко можно преобразовать для приведения в действия микромеханизмов любого масштаба.

Йошиюки Кэгеяма (Yoshiyuki Kageyama), Сэдэму Тэкеда (Sadamu Takeda) и их коллеги изготовили кристаллы из органического соединения — азобензола, которое используется в производстве красителей, и олеиновой кислоты, которая входит в состав жиров растительного и животного происхождения. Молекулы азобензола могут принимать две различные пространственные формы, а переключателем формы как раз и служит синий свет, фотоны которого имеют достаточно высокую энергию.

Ключевым моментом нового двигателя является определенная пропорция азобензола и олеиновой кислоты в кристалле. Изменение формы молекул азобензола приводит к появлению механических напряжений внутри кристалла, которые вызывают его деформацию, а олеиновая кислота служит в качестве связующего и пластификатора, за счет которого кристалл возвращается к первоначальной форме после окончания воздействия на него импульса синего света.

Наблюдая в микроскоп за превращениями формы кристалла, ученые выяснили, что частота и амплитуда его колебаний зависит от параметров, в частности от интенсивности, луча света синего лазера. Некоторые из изготовленных учеными кристаллов имели такую форму, что они, изгибаясь, могли плавать в жидкой среде подобно рыбам. Кроме этого, новые кристаллы могут обеспечивать более сильную степень деформации, нежели светочувствительные кристаллы, созданные ранее этой же группой исследователей, а их высокая пластичность позволяет им выдерживать очень большое количество движений без возникновения явления так называемой остаточной деформации.

«Способность совершать ритмичные движения является одной из фундаментальных способностей живых организмов» — рассказывает Йошиюки Кэгеяма, — «Мы практически скопировали этот механизм, «подсмотрев» его в живой природе. И теперь мы получили возможность создания биовдохновленных молекулярных двигателей и роботов, которые найдут широкое применение в различных областях, включая и медицину».