Японские учёные создали наноклапан, способный работать с отдельными молекулами

Совместная исследовательская группа под руководством доцента Яна Сюя из Высшей инженерной школы Университета Осака Метрополитен добилась успеха в регулировании потока отдельных молекул в растворе путём открытия и закрытия наноклапана в наножидкостном устройстве с помощью давления, прикладываемого извне.

Учёные давно пытаются использовать молекулы в качестве строительных блоков для конструирования вещей, подобно тому как мы строим вещи из механических деталей. Однако молекулы невероятно малы и беспорядочно перемещаются в жидкостях, что делает задачу манипулирования отдельными молекулами крайне сложной. Для её решения учёные разрабатывают «наножидкостные устройства», которые могут передавать молекулы по чрезвычайно узким каналам.

Исследовательская группа изготовила наножидкостное устройство с тонким гибким стеклянным листом в верхней части и твёрдой стеклянной пластиной с мелкими структурами, образующими наноканалы и места для наноклапанов в нижней части. Прикладывая внешнее давление к гибкому стеклянному листу для открытия и закрытия клапана, группе удалось напрямую управлять потоком отдельных молекул в растворе. Также учёные обнаружили, что при захвате отдельных флуоресцентных молекул в нанопространство внутри клапана флуоресценция отдельных молекул становилась ярче.

Это происходило потому, что из-за малого пространства одиночным молекулам было труднее перемещаться случайным образом. Профессор Сюй сказал, что «этот эффект усиления флуоресцентного сигнала может помочь в обнаружении очень малых количеств патогенов для ранней диагностики таких заболеваний, как рак и болезнь Паркинсона, не требуя дорогостоящего оборудования».

Результаты этого исследования могут стать значительным шагом на пути к произвольной сборке материалов с использованием отдельных молекул раствора в качестве строительных блоков. Эта технология потенциально может быть полезной в различных областях, таких как разработка персонализированных лекарств для лечения редких заболеваний и создание более совершённых дисплеев и батарей.

Концепция «химии, регулируемой одной молекулой» рассматривает молекулы как строительные блоки, а все процессы, связанные с химическими и биохимическими реакциями в растворе, осуществляются на основе одной молекулы. «Одномолекулярный клапан является первым шагом на пути к достижению этой цели, которая в один прекрасный день может произвести революцию в химии, биологии и материаловедении, а также преобразовать различные отрасли промышленности», — сказал профессор Сюй.