Οι βραβευθέντες επιστήμονες εργάσθηκαν ερευνητικά κατά τις τελευταίες δεκαετίες πάνω στον σχεδιασμό και στη σύνθεση των "μικρότερων μοριακών μηχανών". Η τεχνολογία των μοριακών μηχανών σε νανοδιστάσεις χρησιμοποιείται ήδη για την κατασκευή ιατρικών μικρορομπότ, όπως επίσης και υλικών τα οποία μπορούν να αυτοεπιδιορθώνονται, χωρίς την ανθρώπινη παρέμβαση. Οι τρεις επιστήμονες είναι από τους πρωτοπόρους στην ανάπτυξη συνθετικών νανομορίων για παρόμοιες λειτουργίες, καθώς μπορούν να μετατρέπουν άμεσα τη χημική ενέργεια σε μηχανική κίνηση.

Οι τρεις πρωτοπόροι χημικοί άνοιξαν νέους δρόμους με την έρευνα τους. Κατάφεραν να συνδέσουν μόρια μεταξύ τους τα οποία μπορούν να κινηθούν αυτόνομα. Πρόκειται για τις αποκαλούμενες "μοριακές μηχανές", οι οποίες μπορούν να επιτελέσουν κάποιο έργο, μετατρέποντας τη χημική ενέργεια σε κίνηση.
 

Σύντομη ιστορική εξέλιξη της έρευνας των μοριακών μηχανών

Το 1983 ξεκίνησε η έρευνα πάνω στις μοριακές μηχανές από τον 72χρονο σήμερα Jean-Pierre Sauvage. Ο Γάλλος επιστήμονας πραγματοποίησε συστηματική έρευνα πάνω στη σύνδεση κυκλικών μορίων σε μορφή αλυσίδας, τα οποία είναι γνωστά "κατενάνια" (catenanes), από το λατινικό catena: αλυσίδα (καδένα). Η σύνθεση κατενανίων υπήρξε το πρώτο βήμα για την ανάπτυξη των μοριακών μηχανών, καθώς σε κάθε μηχανή τα εξαρτήματά της πρέπει να κινούνται αμφίδρομα.

Κατά τη δεκαετία του 1990, ο 74χρονος σήμερα, Sir James Fraser Stoddart κατάφερε να περάσει ένα μόριο σε σχήμα άξονα μέσα από ένα κυκλικό μόριο έτσι ώστε να μπορεί να κινείται το ένα μόριο ανεξάρτητα από το άλλο. Πρόκειται για τη συρρίκνωση του συστήματος άξονας-τροχός σε μοριακό επίπεδο.

Το 1999, ο 65χρονος σήμερα, Bernard Lucas "Ben" Feringa, κατάφερε να κατασκευάσει τον πρώτο μοριακό κινητήρα, ο οποίος μπορούσε να περιστραφεί προς μία μόνο κατεύθυνση, παρακάμπτοντας τη βασική τυχαιότητα της κίνησης των μορίων. Το 2014, κατάφερε να κάνει τον "κινητήρα" του να περιστρέφεται με 12000 περιστροφές/min και να περιστρέφει υάλινο κύλινδρο 10000 φορές μεγαλύτερό του. Ακόμη, ανέπτυξε ένα μοντέλο με 4 μοριακούς κινητήρες το οποίο μπορούσε να κινείται σε μια επιφάνεια σαν ένα "νανοαυτοκίνητο".

'Οπως επισημαίνει η επιτροπή, τα μοριακά συστήματα που ανέπτυξαν οι τρεις επιστήμονες "βρίσκονται σήμερα στο ίδιο στάδιο που ήταν ο ηλεκτρικός κινητήρας στη δεκαετία του 1830, όταν οι επιστήμονες παρουσίαζαν μανιβέλες και ρόδες, χωρίς να ξέρουν πως αυτό θα οδηγούσε στα ηλεκτρικά τρένα, στα πλυντήρια, στους ανεμιστήρες και στα μίξερ". Ουσιαστικά οι εφαρμογές των μοριακών μηχανών είναι ευρύτατες αν και ακόμα οι εφαρμογές τους είναι σε πρώιμο στάδιο.

O Feringa παρομοιάζει τη σημερινή κατάσταση με εκείνη των αδελφών Wright: 'Οταν κατασκεύασαν την πρώτη ιπτάμενη μηχανή, ο κόσμος αντέδρασε με ευχαρίστηση, αλλά συγχρόνως έθετε ερωτήματα ως προς την πιθανές χρήσεις της.

Οι πιθανές εφαρμογές των μοριακών μηχανών καλύπτουν πεδία από νανορομπότ που θα "κυνηγούν" καρκινικά κύτταρα στο σώμα, έως μικροσκοπικές συσκευές αποθήκευσης ενέργειας για την τροφοδότηση υπολογιστών.
 

Η ερευνητική ομάδα του Stoddart κατασκεύασε έναν μοριακό ανελκυστήρα, ο οποίος μπορεί να ανυψώνεται κατά 0,7 nm πάνω από μια επιφάνεια. Το 2011, η ερευνητική ομάδα του Ben Feringa κατασκεύασε ένα τετράτροχο νανοαυτοκίνητο, το οποίο μπορεί να κινηθεί σε μια επιφάνεια χαλκού, όταν διεγερθεί ηλεκτρικά από μια ακίδα σαρωτικού μικροσκοπίου σήραγγας (STM).

Αναφορές

1. The Nobel Prize in Chemistry 2016: "How molecules became machines" (αρχείο PDF).

2. www.wired.co.uk: "Nanocars and 'molecular machines' take the Nobel Prize in Chemistry".

Επιμέλεια κειμένου: Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

7/10/2016