Безграничное будущее: нанотехнологическая революция - [41]
Рисунок 6. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МАНИПУЛЯТОР
Молекулярный манипулятор (наконечник АСМ и зажимное устройство инструмента, выше) будет связывать и перемещать химически активные молекулярные инструменты для создания заготовки, молекула за молекулой. Параллельно исследователи «U. Brob AFM» работали над размещением наконечников в нужном месте, а затем удерживали их там с атомной точностью в течение нескольких секунд. Это оказалось просто. Они использовали методы, разработанные другими исследователями в начале 1990-х годов, несколько усовершенствовав их.
Теперь у них было зажимное устройство, и возможность перемещать его в нужное место, но им нужен был набор инструментов. Зажимное устройство было похоже на патрон дрели перед тем, когда в его гнездо вставят нужный инструмент. В конце концов, химики из команды синтезировали дюжину различных молекулярных инструментов, все они были одинаковы с одного конца, но разные с другого. Соответствующие части были прикреплены к такому же зажимному устройству антитела, аккуратно сохраняя его положение. Свободные части вступают в различные химические реакции. Подобно молекулярным инструментам в зале ассемблерных манипуляторов в главе 3 каждый из этих инструментов может использовать химическую реакцию для переноса некоторых атомов на строящийся молекулярный объект.
Разработка молекулярного набора инструментов была самой сложной частью проекта; это заняло примерно столько же времени, сколько было потрачено на дублирование молекулы палитоксина еще в 1980-х гг. Ни одна из задач, рассматриваемых в проекте, не нуждалась в серьезном научном прорыве, и ни одна не требовала решения сверхсложной инженерной проблемы. Каждая из них имела множество возможных решений, работа состояла в том, чтобы найти совместимый набор решений и применить их на практике. Через несколько лет это им удалось, и исследовательская группа «U. Brob» начала создавать новые молекулы путем молекулярных манипуляций. Сейчас многие команды делают то же самое.
Чтобы построить что-то с помощью системы молекулярных манипуляторов на основе АСМ исследовательской группе «U. Brob», необходимо было выполнить следующие операции: во-первых, выбрать поверхность для сборки и поместить ее в резервуар с жидкостью. Затем опустить зажимное устройство АСМ в жидкость, коснувшись поверхности, после чего немного отодвинуть его. Теперь осталось переправить инструмент в зажимное устройство, и строительство молекул можно было начинать.
С помощью трубок и насосов над поверхностью возле зажимного устройства можно пропускать различные жидкости, доставляя нужные молекулярные инструменты. Если вы хотите что-то сделать с инструментом типа A, вы пускаете соответствующую жидкость, и молекула типа A быстро прилипает к зажиму, как показано на рисунке 6. После того, как он оказывается в зажиме, вы можете использовать механизм АСМ, чтобы переместить его по своему желанию. Оказавшись на поверхности в нужном месте, уже через несколько секунд, он вступит в реакцию, образуя связь и оставляя молекулярный фрагмент, прикрепленным к выбранному вами месту. Чтобы добавить другой фрагмент, вы можете использовать инструмент типа B: использовав другое зажимное устройство и пропустив необходимую жидкость, несущую новые инструменты, и через мгновение инструмент нового типа будет прикреплен либо к первому фрагменту, либо рядом с ним и готов к применению. Так, шаг за шагом, вы создадите точную молекулярную структуру.
Выполнение каждого шага занимает всего несколько секунд. Молекулярные инструменты попадают в зажимные устройства за доли секунды, и срабатывают с такой же скоростью. Как только зажим перемещает молекулу, она немедленно вступает в реакцию, примерно в миллион раз быстрее, чем нежелательные реакции в других местах. Таким образом, молекулярный манипулятор дает хороший контроль над тем, где будут происходить реакции (хотя он не так надежен, как будущий ассемблер). По стандартам химиков все происходит довольно быстро — за цикл — но все же это в миллион раз медленнее, чем сделал бы ассемблер. Он может выполнять различные операции, но не так разнообразно и умело как ассемблер. Короче говоря, едва ли это последнее слово в нанотехнологиях, но это большой прогресс по сравнению с тем, что было раньше.
Обладая способностью ускорять желаемые реакции примерно в миллион раз, молекулярный манипулятор исследовательской группы «U. Brob» может выполнять от 10000 до 100000 шагов с хорошей надежностью. Еще в 1980-х годах химики, создающие белковые молекулы, изо всех сил пытались выполнить всего сто шагов. Исследовательская группа «U. Brob» (и ее многочисленные подражатели) теперь могут создавать структуры, которые проектировать легче, чем белки: не разнообразные, свернувшиеся цепи, а устойчивые структуры, удерживаемые вместе прочной сетью связей. Хотя они не так прочны и плотны, как алмаз, они похожи на кусочки жесткого инженерного пластика. Специально адаптированная система автоматизированного проектирования позволяет легко разрабатывать молекулярные объекты, которые могут быть изготовлены из этих материалов.
