Распределение палочек на поверхности раствора: справа - через 38 часов после начала опыта, слева - через 110. Фото авторов исследования.

Химики промоделировали на неживых объектах уникальное свойство живых организмов

Благодаря хемотаксису, например, одноклеточные организмы способны двигаться в водном растворе по направлению к тем областям раствора, где концентрация определенных веществ выше (если это аттрактанты) или ниже (если это, соответственно, репелленты).

Легко представить, что хемотаксис в неживой природе можно было бы использовать для управления движением частиц в жидкости (например, лекарств в организме), для самосборки наноустройств без затрат внешней энергии, для проверки наличия в растворах опасных или, наоборот, полезных веществ. Однако механизм, благодаря которому живым организмам присущ хемотаксис, чрезвычайно сложен, и искусственно промоделировать его трудно.

Пенсильванские химики придумали достаточно простой способ. Моделями организмов служили металлические палочки длиной два микрометра. Один конец у палочек был золотым, второй - платиновым. Палочки помещались в плоский сосуд с чистой водой, туда же помещался гель, содержащий перекись водорода. Перекись постепенно переходила из геля в воду, за счет чего возникал перепад ее концентрации в растворе: чем ближе к гелю, тем выше.

Через 110 часов после начала эксперимента 70 процентов палочек собралось вплотную к гелю. По мнению исследователей, причиной направленного перемещения палочек является случайное движение молекул в растворе с неравномерной концентрацией. И золото, и платина являются катализаторами распада перекиси водорода, но реакции протекают по-разному. В итоге вокруг палочки возникает движение молекул раствора, которое сдвигает с места и ее саму. Чем выше концентрация перекиси водорода, тем интенсивнее движение частиц. В конце концов большинство палочек оказывается в месте максимальной концентрации - притягивается к гелю.

Теперь пенсильванская группа хочет промоделировать в неживой природе фототаксис: двигательную реакцию уже не на химический, а на световой раздражитель.

Ссылки по теме
- Tiny rods steer themselves - PhysicsWorld, 06.11.07
- Chemotaxis of Nonbiological Colloidal Rods - Physical Review Letters, 26.10.07
- Физики научили молекулы самоорганизации - Lenta.ru, 31.10.2007

Сайты по теме
- Pennsylvania State University