פרס נובל לכימיה לשנת 2016 הוענק לשלושה חוקרים על פיתוח מכונות מולקולאריות

החוקרים פיתחו תהליכים סינתטיים חדשניים לקבלתן של מכונות מולקולאריות – שרירים מלאכותיים ומנועים זערוריים, מבנים כימיים מורכבים שתנועתם מהווה רכיב מפתח בפעילותם.

הפיתוח של מחשוב מהיר הדגים כיצד מזעור של הטכנולוגיה יכול להוביל למהפכות מדעיות. פרס הנובל בכימיה לשנת 2016 מוענק על התרומה של שלושה חוקרים לתחום של מכונות ממוזערות ולקידום תחום הכימיה לממד חדש.

הצעד הראשון לעבר מכונה מולקולארית נעשה על ידי ז'אן פייר סוואג' בשנת 1983, כאשר הוא הצליח לחבר שתי מולקולות בצורת טבעת ליצירת שרשראות, הקרויות בשם קטאננים (catenanes). באופן רגיל, מולקולות נקשרות אחת לשנייה באמצעות קשרים קוולנטיים חזקים שבהם האטומים חולקים את האלקטרונים שלהם, אולם במבנה השרשרת הם היו מחוברים יחדיו באמצעות סוג אחר של קשר כימי, קשר מכני. על מנת שמכונה, כל מכונה, תוכל לבצע את משימתה הייעודית, היא חייבת להכיל בתוכה חלקים המסוגלים לנוע מצד לצד. שתי הטבעות השזורות אחת בתוך השנייה מקיימות את התנאי הזה.

את הצעד השני ביצע ג'יימס פרייזר סטודארט בשנת 1991, אז הוא פיתח את משפחת המולקולות בשם רוטאקסאן (rotaxane). החוקר הצליח להשחיל מוט מולקולארי זעיר דרך טבעת מולקולארית והדגים כיצד הטבעת מסוגלת לנוע לאורך הציר. חלק מהפיתוחים שלו המתבססים על משפחת מולקולות אלו הם מעלית מולקולארית, שריר מולקולארי ואפילו שבב מחשב המבוסס על מבנה מולקולארי.

מאז 1994, קבוצת המחקר של סטודארט השתמשה במספר רוטאקסנים בכדי לבנות מגוון מכונות מולקולאריות, לרבות מעלית (2004, איור 4), המסוגלת להרים את עצמה לגובה של 0.7 ננומטרים מעל מפלס הבסיס שלה, ואפילו שריר מלאכותי (2005). במסגרת שיתופי פעולה עם חוקרים אחרים, פרייזר סטודארט פיתח גם שבב מחשב המבוסס על מבנה רוטאקסן עם נפח זיכרון של 20 ק"ב. הטרנזיסטורים המשמשים כיום בתוך שבבי מחשב הם אומנם זעירים אולם הם ענקיים בהשוואה לטרנזיסטורים מולקולאריים.