מנוע מולקולרי
מנוע מולקולרי הוא מכונה אשר תפקידה להתמיר סוגי אנרגיה שונים לעבודה מכנית ואשר ממדיה נמדדים בקנה מידה ננומטרי. גודל המנוע המולקולרי כגודל מולקולות בודדות ומכאן שמו.
מקור
המנוע המולקולרי המלאכותי מתבסס לרוב על מנגנונים דומים המצויים בטבע. מכונות מולקולריות טבעיות הן, לרוב אנזימים והן מצויות בכל תא. האנזים מבצע פעולות שונות בתא, החל משכפול מידע גנטי הקיים בתא וכן ביצוע תהליכים מטבוליים להפקת אנרגיה. ישנם אנזימים, כגון אקטין, המפיקים עבודה מכנית מאנרגיה האצורה בקשר כימי. אנזימים אלה הם מנועים מולקולריים טבעיים ווריאציות עליהם יוצרות מנועים מולקולריים מלאכותיים.
סוגי המנועים המולקולריים ועקרון פעולתם
בטבע, קיימים מגוון מנועים מולקולריים, אשר נחלקים לשתי קטגוריות:
- מנועים סיבוביים: מתמירים אנרגיה לתנועה סיבובית, כדוגמה מנועים להנעת חיידקים בתוך הזורם באמצעות "מדחף" המבצע תנועת ספין.
עקרון הפעולה של מספר מנועים מסוג זה מתבסס על הזרמת פרוטונים כנגד גלגל, והתמרת האנרגיה הקינטית הנוצרת לטובת יצירת מולקולות ATP (מולקולות עתירות אנרגיה אשר משמשות להנעת מכונות מולקולריות), לאחר מכן המנוע מבצע את הפעולה ההפוכה, קרי- פירוק מולקולות ה-ATP, ובכך גורם לסיבוב הגלגל בכיוון ההפוך, באופן זה המנוע המולקולרי מבצע עבודה הן בעזרת זרימת הפרוטונים והן בעזרת פירוק מולקולות ה-ATP.
- מנועים קווים: מנועים הנעזרים לרוב במסילות ומשמשים להעברת חומרים שונים בחלל התא.
לעיתים, בתור מסילות נעשה שימוש בשלד התא ואף בסיבי ה-DNA. דוגמה למנוע קווי מסוג זה היא מנועי הפולימראזות, אשר נעים על גבי מסילות DNA לשם שכפול רצף ה-DNA. דוגמה אחרת למנוע קווי היא עקרון פעולת הקינזין, אשר לרוב נע על גבי מסילות העשויות מיקרו-טובלים (סיבים מיקרוניים המתחים בין מרכז התא אל ממברנת התא), לקינזין שני"ראשים" אשר מצויים בקצה "גבעול" המחובר אליו, תנועת הקינזין מתבצעת על ידי "הליכה" של ראשי הקינזין, זה לאחר זה, לאורך הסיבים. בכך משמש הקנזין משמש להנעת חומרים ומטענים בתוך חלל התא.
שימושים עתידיים
למנועים המולקולרים קיימים מגוון שימושים פוטנציאלים בתחומים רבים, החל בתחום האנרגיה, וכלה בתחום הרפואה, למשל:
- שימוש במקורות כח ביוכימיים- מנועים אשר יוצרים עבודה מכנית באמצעות דלק ביוכימי כדוגמת מולקולות ATP.
- קירור ננו רכיבים- סיבסוב ננו-מדחפים באמצעות מנועים מולקולריים סיבוביים, אשר ישמשו להסעת חום מרכיבי אלקטרוניקה זעירים.
- משאבות בקנה מידה ננומטרי- אשר ישמשו לשינוע חומרים במערכות בקנה מידה ננומטרי.
- הנעה- סיבסוב ננו-מדחפים באמצעות מנועים מולקולריים סיבוביים, אשר ישמשו להנעת מערכות בקנה מידה ננומטרי בתוך הזורם.
לקריאה נוספת
- נגה לבנת, רועי צזנה, "ננו מן הטבע", גליליאו 118, 2008
- איתי בן פורת, "מנועים מולקולריים", גליליאו 23, 1997
קישורים חיצוניים
- בנושא, באתר (הידען)
