Крошечные наноножницы, «щелкающие» под воздействием ультрафиолетового и видимого света — первое устройство, позволяющее проводить прямые манипуляции над молекулами с помощью освещения.

В центре порфириновая группа способна удерживать атом металла. Такие комплексы весьма важны в природе: с марганцем порфирин входит в состав хлорофилла, с железом — гемоглобина

Исследователи давно работают над созданием наноустройств, которые функционировали бы под воздействием специфических стимуляторов — таких, как звук или излучение. Особенно заинтересованы в таких приспособлениях биологи и врачи, поскольку это обеспечит возможность проводить различные манипуляции над генами и молекулами внутри организма. Например, излучение ближней инфракрасной области спектра может проникать глубоко в ткани, и наноинструменты, регулируемые с его помощью, можно было бы использовать для медицинских целей.

Первые «ножницы» длиной 3 нм созданы группой японских ученых под руководством Такузо Аиды (Takuzo Aida). Они позволят доставлять лекарственные препараты внутрь клеток и проводить манипуляции над молекулами, в том числе с высокой степенью точности контролировать активность белков.

Молекулярные ножницы, как и настоящие, состоят из лезвий, рукояток и шарнира, вокруг которого происходит вращение. Механизм шарнира представляет собой двухъярусную молекулу ферроцена, в центре которой находится атом железа, «зажатый» между двумя «пластинками» из пятичленных углеродных колец. Эта трехкомпонентная структура обеспечивает подвижность наноножниц.

Управляют движением две «рукоятки», содержащие светочувствительные молекулы азобензола, который под действием различного излучения переходит из одной изоформы в другую. Воздействие ультрафиолета превращает длинную изоформу азобензола в короткую, воздействие света видимой части спектра — возвращает в исходную позицию. Попеременное воздействие ультрафиолетового и видимого света приводит к периодичному переходу молекул азобензола из одной изоформы в другую, что двигает рукоятки. Движение передается на шарнирный механизм, который, в свою очередь, обеспечивает «режущие» движения лезвий.

К «лезвиям» из фенильных групп крепится органометаллический комплекс цинкопорфирин. Входящий в его состав атом цинка способен прочно связываться с молекулами азотсодержащих соединений, таких как ДНК. При открытии и закрытии лезвий прикрепившаяся к ним молекула сгибается и разгибается.

В настоящее время авторы заняты разработкой более крупных «ножниц», которыми можно будет управлять дистанционно. Впрочем, до применения таких систем на практике еще очень далеко.

Читайте также о создании наноскальпеля: «Тонкий надрез» и об опасностях наноядов: «Размер имеет значение».

«Коммерческая биотехнология»