НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

Дж. Мердэй[17]

Приборы для манипулирования изолированными молекулами и измерения их характеристик предоставляют следующие возможности:

• Манипулирование отдельными молекулами и регулирование физико-хи­мических свойств биологических систем в наноразмерных масштабах, что приведет к коренным изменениям в медицине и биологии (гл. 10).

• По мере миниатюризации электронных устройств они будут приближаться к молекулярным размерам; в таких условиях необходимые значения пара­метров могут достигаться точной установкой отдельных молекул в заданных положениях с помощью соответствующей аппаратуры (гл. 8).

• Повышение эффективности проектирования и создания структурных по­лимеров, адсорбентов и надмолекулярных катализаторов (например, фер­ментов), свойства которых определяются строением, формой укладки и способностью изменять конфигурацию на молекулярном уровне (гл. 7).

Измеряемые в эксперименте молекулярные характеристики обычно пред­ставляют собой величины, усредненные по некоторым статистическим ан­самблям, а не относятся непосредственно к отдельным молекулам. Хотя такие операции усреднения данных хорошо развиты, однако при их проведении пропадает часть ценной, детальной информации, которая (что в нашем случае является весьма существенным) могла бы позволить использовать особенно­сти молекулярного поведения. Измерительная аппаратура нового типа, рас­сматриваемая в этой главе, позволяет изучать системы на уровне отдельных молекул:

Рис. 3.7. Углеродная нанотрубка вокруг элект­рического контакта [19] (© 1999 American Institute of Physics).

• Углеродные нанотрубки. Теоретические оценки необычных электрических и механических свойств углеродных нанотрубок в настоящее время подтвер­ждаются прямыми экспериментальными измерениями характеристик от­дельных нанотрубок (рис. 3.7).

• Молекулярное распознавание. Многие биохимические процессы (включая важнейшие для здоровья реакции иммунного ответа организма) зависят от распознавания на молекулярном уровне и связывания на специфических сайтах (участках) биомолекул. Сейчас возможны непосредственные изме­рения зависимостей (типа нагрузка-смещение) на связанных молекулах (рис. 3.8), что может привести к развитию принципиально новых методов молекулярного распознавания (дискриминационная проба при нагрузке), высокая избирательность и чувствительность которых будут обеспечивать-

©

Растяжение молекулы полиинозина между двумя поверхностями dC20

©

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

®

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

Рис. 3.8. Исследование процесса связывания комплементарной ДНК на АСМ [3] (© 1996 American Vacu­um Society).

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

ЛМІ

Акт и новая нить| * t.* У* -*■ *■« .Т 1...

ШШІИ

Ьиотин

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

Днидин

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

Гисіидиньі

І Іл6і>ЄДИН11Ц. І

-ЦІТТТТТТТТТІТ!

Покроиноі'сіеіио

Н и кол ьнитри. ітри-\ \'кс\сная кислота

Шшшшц;

Рис. 3.9. Fi — АТФаза с ак - тиновой нитью, прикреп­ленной к стеклянной под­ложке [45] (© 1997 Macmil - lan Magazines Ltd.).

Ся регистрацией силы связи двух биологических молекул (например, анти­тело/антиген или двух цепей комплементарной ДНК).

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

С/"*:

• Молекулярные двигатели. Молекулярные двигатели обеспечивают транс­крипцию ДНК, клеточный транспорт и сокращение мышц. Новые измери­тельные микроинструменты позволяют выделить такие двигатели, изучить принципы их действия и приспособить для использования в наноэлектро - механических устройствах, которые будут значительно меньше микроэлек­тромеханических устройств. На их основе, возможно, удастся создать искусственные биологические устройства, внедряемые в организм и ис­пользующие в качестве «топлива» АТФ, как это происходит в нормальных биохимических процессах (рис. 3.9).

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

Манипуляция изолированными молекулами и измерение их параметров

В

Рис. 3.10. Оптический пинцет и манипуляция магнитными «бусинками» с использо­ванием флуоресцентных зондов (FRET). [57] (© 1999 American Association for the Advancement of Science).

• Молекулярная укладка. Одна из важнейших проблем биохимии — пробле­ма механизма укладки белков, т. е. вопрос о том, каким образом белок «узнает» о своей конечной конфигурации и быстро ее достигает? Анало­гичные проблемы возникают и в химии структурных полимеров (напри­мер, при их кристаллизации или образовании ламелл). Разнообразная из­мерительная аппаратура (включающая «оптические пинцеты» и т. д.) обеспечивает прямые измерения сил, определяющих молекулярную ук­ладку и динамику соответствующих процессов (рис. 3.10).

НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

ННФ

11. Направления нанотехнологии, имеющие приоритет в настоящее время. Фун­даментальные исследования новых явлений, методов синтеза, обработки и сборки наноматериалов; конструирование новых материалов; изучение биоструктур и систем с биологическими свойствами; развитие архитектуры …

Основные цели и планы

Основное требование в настоящее время состоит в том, что финансирующие Правительственные организации США должны всячески поощрять развитие Нанонауки и нанотехнологии (в принципе, можно говорить о развитии некоей Новой научной и …

Вспомогательные цели и планы

Для создания сильной и процветающей «нанотехнологической культуры» фи­нансирующие организации должны поддерживать новые формы исследова­ний и образования в этой сфере, а также развивать соответствующую инфра­структуру (по крайней мере в течение ближайшего …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.