Необычные изобретения. От Вселенной до атома

Природа может решать и обратную задачу, при которой на молекулах белка кинезин 1 (рис. 11.2), закрепленных на неподвижной поверхности 2 и также имеющих активные группы 3, расположенные на белковых удлинениях 4, перемещаются микротрубки 5 в мышечных «моторах». Это выглядит, как будто несколько человек, перебирая руками, перемещают длинную трубу над головой. А энергия перемещения та же – АТФ, колебания и градиенты. К линейным наномоторам относятся белки: миозины, кинезины и динеины, обеспечивающие сокращение мышц. Эти белки' могут развивать усилия 3–6 пН, обеспечивать шаг 5–15 нм и скорость перемещения 0,8–3 мкм/сек. Здесь следует заметить, что управление этими «моторами», а значит, процессами жизнедеятельности могут осуществлять периодические солнечные и земные процессы, фазы луны, сезоны года [3]. Существуют даже более сложные и еще менее изученные космофизические факторы сверхмалых воздействий на все природные процессы, в том числе и биологические [4]. То есть произошло символическое сближение изобретений наномира с изобретениями Вселенной, с которых мы начинали эту книгу.

Очень интересное изобретение природы, называемое бактериофагом, который можно рассматривать как наномашину биологического происхождения, я подробно рассматривал в [5, 6]. Там же был представлен вариант гипотетической формулы изобретения на бактериофаг и рекомендации по составлению описания на подобные изобретения. В этом издании мы рассматриваем более простые примеры наномашин.

В качестве следующего примера рассмотрим биомолекулярный двигатель вращения (рис. 11.3), который создан совместными усилиями природы и учеными из университета г. Корнелла, США.

Он содержит рабочий модуль 1, состоящий из биомолекулярного кластера 2, в качестве которого природа использует биотинилированный цистелин. Внутри этого кластера расположена линейная биологическая молекула 3, способная осуществлять вращательное движение. С противоположной от нее стороны имеются гистидиновые концы 4 с активными группами 5. Описанный комплекс представляет собой бионаномотор, созданный природой, который использует, например, бактерия Е. coli для своего перемещения. Для этого на кончике линейной молекулы 3 расположен филамент жгутика (не показан), который работает как пропеллер и двигает ее вперед. Более подробно «мотор» этой бактерии описан в [2].

Рис. 11.2. Мышечный мотор

Далее этот бионаномотор посредством активных групп 5 закрепляют на искусственно созданном никелевом основании 6 высотой около 200 нм и диаметром 80 нм. После этого на кончик линейной молекулы 3 (туда, где природа размещает филамент жгутика) прикрепляют искусственно созданный «пропеллер» в виде никелевой микропроволоки 7. Учитывая малые размеры никелевого основания 6, для того чтобы с биомолекулярным двигателем вращения можно было бы осуществлять манипуляции, это основание закрепляют на платформе 8, которая будет различима в оптический микроскоп и которую уже можно захватывать микроманипулятором. Описанной информации вполне достаточно, чтобы составить формулу изобретения на биомолекулярный двигатель вращения. Вот вариант такой формулы.

1. Биомолекулярный двигатель вращения, содержащий рабочий модуль с установленной в нем осью, имеющей возможность кругового вращения, отличающийся тем, что в него введен исполнительный элемент, соединенный с осью.

Рис. 11.3. Биомолекулярный двигатель вращения

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рабочий модуль состоит из биомолекулярного кластера.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что биомолекулярный кластер выполнен из биотинилированного цистелина.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ось состоит из линейной биологической молекулы.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что биотинилированный цистелин снабжен гистидиновыми концами с активными группами.

6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в него введено основание, на котором закреплен биомолекулярный кластер.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что основание выполнено из никеля.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что гистидиновые концы закреплены на основании посредством активных групп.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что исполнительный элемент выполнен из никелевой микропроволоки.

10. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что оно снабжено платформой, на которой закреплено основание.

Но помимо формулы изобретения, при патентовании наномашин очень важным является описание самой конструкции наномашины. Об этом я подробно писал в [5, 6], здесь отмечу самые важные моменты. Учитывая наноразмерные габариты таких изделий, возможность изготовления отдельных компонентов и их соединения будут отличаться от существующих в макромире.