Stockholm – Postavit nanoauto s pohonem všech čtyř kol? Pro letošní laureáty Nobelovy ceny za chemii žádný problém.
Trojice oceněných vědců – Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart a Bernard Feringa – se totiž zabývá molekulárními stroji. To je označení pro proteinové komplexy, které mají na starosti veškeré procesy probíhající v živých organismech.
In 2011, Ben Feringa’s research group built a four-wheel drive nanocar: #NobelPrize pic.twitter.com/Cz7qAjfGR4
— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 5, 2016
Když roku 1959 slavný fyzik Richard Feynman předpověděl možnost manipulovat s jednotlivými atomy a sestavovat z nich stroje velikosti molekul, byl považován za fantastu. Jeho přednáška s názvem "Tam dole je spousta místa" tehdy ale založila nový obor, který teprve o 15 let později dostal jméno nanotechnologie - což znamená manipulace a obrábění v měřítku nanometrů (miliardtin metru).
Letos ocenění vědci vytvořili základní předpoklady k naplnění Feynmanovy vize: sestavili konstrukční prvky takových strojů.
Molekula jako ložisko
"Letošní laureáti Nobelovy ceny za chemii revolučním způsobem miniaturizovali stroje a přivedli tak chemii na novou úroveň, " zdůvodňuje nobelovský výbor svou volbu. A i když toto spojení strojírenství s chemií zdánlivě nedává smysl, bližší pohled ukáže jeho hlubokou logiku: chemie je manipulace s atomy a molekulami - a právě jen tak jde stavět mikroskopické motory a další zařízení.
První z oceněných Jean-Pierre Sauvage je francouzský chemik, který se na Strasbourg University specializuje na molekulární chemii. Těžiště jeho práce spočívá ve studiu vazeb v molekulách. Ty u běžných molekul fungují na principu sdílení elektronů mezi jednotlivými atomy. Taková vazba je ale pevná a (zjednodušeně řečeno) neumožňuje pohyb, takže ji pro konstrukci nanostrojů nejde použít.
Jean-Pierre Sauvageovi se roku 1983 podařilo vytvořit vazbu, která funguje na mechanickém principu takže dovoluje vzájemný pohyb mezi částmi molekuly. To otevřelo cestu k sestavování pohyblivých prvků mikroskopických strojů jako jsou klouby, ložiska, táhla, páky a další.
Na Savageovu práci navázal roku 1991 skotský chemik Sir James Frasser Stoddart, který v současnosti působí na Northwestern University v USA. Předmětem jeho práce bylo sestavování pohyblivých prvků na úrovni molekul propojených mechanickými vazbami. Největší pozornost vzbudil prvek nazvaný rotaxane, což je vlastně plně otočná osa ukotvená v ložisku - ovšem to celé velikosti molekuly.
Od nanomotoru k nanoautomobilu
Většina strojů potřebuje nějaký pohon - a právě konstruování motorů molekulární velikosti je předmětem práce třetího z oceněných, Bernarda Feringy. Nizozemský chemik působící na University of Groningen je vlastníkem několika desítek patentů, z nichž velká část se týká vypínačů a motorů velikosti molekul.
První takový motor Feringa sestavil roku 1991. Zdrojem energie v něm je - stejně jako v živých organismech - adenosintrifosfát (ATP) a lze jej zapínat a vypínat stejně jako skutečný motor běžné velikosti. Později vědci na tomto principu sestavili funkční "nanoautomobil" (nanocar), jehož čtyři kola tvoří kulové molekuly fulerenů.
V současnosti jsou nanomotory a další nanostroje přibližně na úrovni, na jaké byla elektrotechnika okolo roku 1830 - a přinejmenším stejně bouřlivý rozvoj je teprve před nimi.
Za pomoci molekulárních technologií půjde konstruovat inteligentní materiály nového typu, terapeutické roboty působící uvnitř lidského těla, nové typy akumulátorů, umělé orgány a končetiny, neviditelné senzory, kyborgy spojující přednosti strojů a živých systémů a celou řadu dalších dnes jen těžko představitelných zařízení.
Nechybí ani názory, že nanotechnologie způsobí ještě dramatičtější společenské změny než průmyslová revoluce v 19. století.
Loni se prestižního ocenění v tomto vědním oboru dostalo Švédovi Tomasi Lindahlovi, Američanovi Paulu Modrichovi a Turkovi Azizi Sancarovi za výzkum oprav DNA.
Nobelův týden pokračuje
Letos už byly uděleny dvě Nobelovy ceny. V pondělí se těšil z pocty za lékařství Japonec Jošinori Ósumi za výzkum autofagie.
V úterý byli vyznamenáni za fyziku tři Britové působící v USA David Thouless, Duncan Haldane a Michael Kosterlitz za výzkum neobvyklých stavů hmoty, který může přispět k výrobě dokonalejších materiálů využitelných v elektronice či kvantových počítačích.
Tento týden má být ještě v pátek oznámen letošní nositel Nobelovy ceny za mír. V pondělí je pak na řadě udělení ceny za ekonomii. Datum ohlášení ceny za literaturu zatím nebylo oficiálně stanoveno, nicméně se očekává, že její držitel bude vyhlášen příští týden ve čtvrtek.