Nanovedy a nanotechnológie zaznamenávajú za uplynulých tridsať rokov enormný rozvoj, myslí si prof. Ing. Štefan Luby, DrSc., Dr. h. c., vedec a výskumník v elektrotechnike a fyzike, pedagóg a literát z Fyzikálneho ústavu SAV. O progresívnosti týchto najmodernejších vedeckých pojmov svedčí podľa neho aj rad mnohých udelených Nobelových cien za objavy a vynálezy, o ktoré sa opierajú.
Začiatkom októbra Kráľovská švédska akadémia (The Royal Swedish Academy of Sciences) vyhlásila, že tohoročnú Nobelovu cenu za chémiu získajú traja vedci: Jean-Pierre Sauvage z Univerzity v francúzskom Štrasburgu, Sir J. Fraser Stoddart zo Severozápadnej univerzity, Evanston, IL, USA a Bernard L. Feringa z Univerzity v Groningene v Holandsku. Ocenení boliza návrh a syntézu molekulárnych strojov – tie tiež vychádzajú z princípov nanovied.
Trojica ocenených vedcov vytvorila a spojazdnila miniatúrne prístroje, ako napríklad miniatúrny robot, motor, nanoauto či mikroskopický molekulárny výťah – stroje tisíckrát menšie ako ľudský vlas. „Vývoj výpočtovej techniky ukazuje, ako miniaturizácia technológie môže viesť k revolúcii. Laureáti Nobelovej ceny za chémiu v roku 2016 majú miniaturizované ´stroje´ a vzali chémiu do novej dimenzie,“ uviedla na webe vo svojom stanovisku Kráľovská švédska akadémia.
Ešte z minulého storočia
Práve preto, že otvárajú cestu k niečomu, čo možno zatiaľ vidieť len v SCI‑FI filmoch, a súčasné technológie na to nestačia, sa táto trojica vedcov stala laureátmi Nobelovej ceny. Tá im bude slávnostne odovzdaná 10. decembra 2016 v Štokholme, na výročie úmrtia Alfreda Nobela. Ako uvádza prof. Ing. Štefan Luby, DrSc., Dr. h. c. základy ocenených molekulárnych strojov boli vypracované koncom minulého storočia, v priebehu 21. storočia sa však ďalej rozvíjali, o čom svedčia mnohé knižné a časopisecké publikácie. „O takýchto strojoch sníval už pred vyše polstoročím duchovný otec nanovedy Richard Feynman,“ pripomína náš popredný vedec a výskumník.
Práca vedcov, ktorým patrí Nobelova cena za chémiu 2016, siaha až do roku 1983. Jean-Pierrovi Sauvageovi sa vtedy podarilo prepojiť dve prstencové molekuly dohromady do tvaru reťazca, nazvaného „catenane“. Za normálnych okolností bývajú molekuly spojené silnými kovalentnými väzbami, v ktorom si atómy delia elektróny, ale v tomto reťazci boli spojené voľnou mechanickou väzbou. Splnila sa tak požiadavka, že stroj, ktorý má vykonávať nejakú úlohu, musí pozostávať z častí, ktoré sa môžu pohybovať vzájomne voči sebe. Ďalej Fraser Stoddart v roku 1991 vyvinul princíp rotácie – „rotaxane“. Nasadil molekulový kruh na tenkú molekulovú os a preukázal, že kruh je schopný pohybovať sa pozdĺž osi. Na základe tohto princípu rotácie sú postavené také objavy ako molekulárny výťah, molekulárny sval a na molekulách postavený počítačový čip.
Záujem stúpa
No a do tretice Bernard Feringa bol prvým človekom, ktorý vyvinul molekulárny motor. V roku 1999 sa mu podarilo dostať nôž molekulárneho rotora do stavu, že sa točí neustále v rovnakom smere. Pomocou molekulárnych motorov roztočil sklenený valec, ktorý je 10 000 krát väčší než samotný motor, tiež navrhol nanoauto. Vedci tak po naozaj rokoch tvrdej práce vyrobili miniatúrne stroje vďaka tomu, že sa im podarilo vyvinúťmolekuly s kontrolovateľnými pohyby a dokázali tiež prepojiť tieto molekuly mechanicky. Molekuly tak za podmienky, že sa im pridáva energia, dokážu vykonať zadané úlohy. „Záujem o molekulárne stroje stúpa vzhľadom na trvalý pohyb v nanovede k materiálom a súčiastkam, ktoré využívajú miniaturizáciu rozmerov a z nej čerpajú svoje nové poslanie. Miniaturizácia je východiskom udržateľného rozvoja, pretože nové výrobky majú lepšie parametre pri zmenšených nákladoch na spotrebu surovín a energie,“ uvádza prof. Ing. Štefan Luby, DrSc., Dr. h. c.
Experimentovanie s molekulami z dielne laureátov tomu podľa neho korešponduje. „Výsledkom toho sú molekulové retiazky – catenane (z latinského catena – reťaz), rotaxan – molekulová os a na nej molekulový krúžok, molekulárny sval, výťah alebo nanoautíčko s náhonom na všetky štyri „kolesá“ – molekulárne motory poháňané svetelnými impulzmi. Točia sa s frekvenciou 12 miliónov otáčok za sekundu a roztočia predmety, ktoré sú 10 000 krát väčšie ako motor. Štruktúry, o ktorých hovoríme, sú pritom poskladané z desiatok až stoviek molekúl,“ vysvetľuje náš vedec.
Niečo ako elektrický motor
„Laureáti Nobelovej ceny za chémiu 2016 dostali molekulárne systémy z patovej situácie a preniesli ich do stavu, v ktorom za pomoci energie môže byť ich pohyb kontrolovaný,“ uvádza aj Kráľovská švédska akadémia na svojej webovej stránke.
Vývoj molekulárneho motora prirovnala do rovnakej fázy, v akej bol elektrický motor v roku 1830. „Vedci vtedy vytvorili rôzne vibrujúce kľučky a kolesá, nevediac pritom, že to bude viesť k elektrickým vlakom, práčkam, ventilátorom či kuchynským robotom. Molekulárne stroje budú s najväčšou pravdepodobnosťou použité pri vývoji mnohých vecí, ako sú nové materiály, senzory a systémy skladovania energie.“
Pracovať na takýchto problémoch je podľa prof. Ing. Štefana Lubyho, DrSc., Dr. h. c. náročné, vývoj však napreduje na celom fronte materiálov, techník, prístrojov, ktoré sú k dispozícii. „Udeľovanie cien dokáže tieto možnosti skombinovať otvorením neštandardného a na prvý pohľad aj fantastického zámeru. Praktické využitie odmenených nanokonštrukcií si možno predstaviť v mechatronike, nanomedicíne, nanoprotetike, nanoelektronike, nanorobotike a i. Oživujú sa zároveň predstavy E. Drexlera o samoreplikujúcich sa tvoriacich mechanizmoch, ktoré vzbudzujú u laickej verejnosti obavy, musíme mať preto na pamäti kódex zodpovedného nanovedca.“
Vedec a výskumník SAV pripomenul, že z výskumu v Slovenskej akadémii vied ideám tento rok odmenených vedcov čiastočne korešpondujú práce skupín prof. Šticha vo Fyzikálnom ústave SAV a doc. Kopčanského v Ústave experimentálnej fyziky SAV.
Vedeli ste, že…?
175 laureátov už bolo ocenených v kategórii chémia od roku1901, odkedy sa Nobelova cena udeľuje.
108 bolo dosiaľ udelených Nobelových cien za chémiu.
63 prípadov, keď bola cena udelená jednému laureátovi.
4 ženy boli zatiaľ ocenené v tejto kategórii.
1 Osoba – Frederick Sanger – bola ocenená dvakrát, v roku 1958 a 1980.
35 rokov bol najnižší vek – mal ho laureát Frédéric Joliot, ocenený v roku 1935.
85 rokov mal dosiaľ najstarší laureát – John B. Fenn, cenu dostal v rok 2002.
58 bol priemerný vek laureátov Nobelovej ceny za chémiu.
Chémia tvorila dôležitú súčasť práce samotného Alfreda Nobela. Vývoj jeho objavu – vynález dynamitu úzko súvisel najmä s chemickými poznatkami. Chémia bola druhou oblasťou spomenutou v jeho poslednej vôli týkajúcej sa cien. Ako zdôraznil prof. Ing. Štefan Luby, DrSc., Dr. h. c. v poslednom období sa dostávajú do popredia nanovedy a nanotechnológie a ocenené Nobelovými cenami bývajú práve objavy a vynálezy, o ktoré sa opierajú. Sú to podľa neho ceny za elektrónový mikroskop a rastrovací tunelový mikroskop, za objav obrovskej magnetorezistencie, izolovanie a preskúmanie grafénu, ďalej za vypracovanie teórie funkcionálu hustoty, objav nového typu uhlíkových materiálov – fullerénov a zhotovenie dvoch typov fluorescenčných mikroskopov – nanoskopov. „Prvé štyri ceny boli udelené vo fyzike, ďalšie tri v chémii. Chémia vyrovnala v roku 2016 skóre na 4 : 4, čo dokumentuje, že nanoveda čerpá z oboch týchto disciplín za účinnej účasti biológie.“
Spracovala: Slávka Habrmanová, NCP VaT pri CVTI SR
Zdroj: http://www.kva.se/en/pressroom/
komentár prof. Ing. Štefan Luby, DrSc., Dr. h. c.
Ilustračné foto: Pixabay.com
Uverejnila: ZVČ