Специалисты надеются решить эту проблему, разработав принципиально новые управляющие системы, которые будут работать по псевдослучайному принципу, когда в массиве атомов случайным образом перемещаются незаполненные «дырки», коррекция движений которых осуществляется по вероятностному принципу. Показано было и то, как создатели клатомов намерены их производить в массовом количестве. Сначала с помощью более или менее стандартного литографического процесса «вытравливается» плоский рисунок — своеобразная «развертка» робота, а затем из нее «склеивается» особыми способами его объемный прототип.

Все это довольно любопытно, но многие специалисты справедливо указывают, что от первых экспериментов до создания настоящего, реально работающего Яйца еще далеко. Не случайно журнал Nature отводит на внедрение этой технологии без малого сто лет. Возможно, специалистам снова — в который уже раз?! — способна помочь природа.

Есть идеи получать клатомы аналогично тому, как природа строит вирусы и микробы. При помощи последних достижений генной инженерии можно создать некие псевдоорганизмы, которые будут не только выполнять определенные действия, но и окажутся способны к размножению. Но и здесь пока еще исследователи в самом начале пути.

Публикацию подготовил А. ПЕТРОВ

Началось все с того, что специалист по материаловедению Анджела Белчер и ее коллеги попытались понять, как моллюск «морское ушко» строит свою поразительно прочную раковину. Ученые провели серию экспериментов и выяснили: «морское ушко» вырабатывает особые белки, которые заставляют молекулы карбоната кальция выстраиваться в две совершенно различные, но легко сочетаемые кристаллические структуры: одну прочную, а другую быстрорастущую.

По результатам своих исследований Белчер защитила диссертацию в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре и вскоре стала профессором Массачусетского технологического института (МТИ). Вот тогда она и решила заняться поиском или даже созданием биологических организмов, которые, подобно «морскому ушку», были бы способны строить из молекул, словно из кирпичиков, сложные структуры.

Анджела Белчер в лаборатории.

«В современной нанотехнологии такая стратегия называется самосборкой, — поясняет профессор Белчер. — Однако неповоротливое и медленно растущее «морское ушко» нас уже не устраивало. Нужен был маленький, гибкий и подвижный организм».

Испробовав немало вариантов, Белчер в конце концов остановила свой выбор на бактериофаге М13 — безвредном для человека вирусе, паразитирующем на бактериях. Его нитевидное тело состоит из единственной цепочки ДНК, окруженной 2700 молекулами одного белка по бокам и несколькими молекулами других белков на концах. Немалое значение для выбора играл и тот факт, что фаг можно конструировать из различных видов белков методами современной генной инженерии, получая миллиарды сочетаний. «Это был редкий случай, когда физики позаимствовали достижения биологов, — вспоминает А. Белчер. — Мне удалось всего за 300 долларов купить всю базу данных о разновидностях М13».

Биологи давно используют химическую избирательность фага М13 и его способность связываться с определенными органическими соединениями для идентификации проб неизвестных веществ. Белчер же показала, что вирус способен соединяться и с неорганическими молекулами, такими как металлы и полупроводники.

Чтобы заставить фаг связываться с нужными молекулами, исследователи обычно используют процесс так называемой направленной эволюции. Образец материала помещают в пробирку с миллиардами различных вирусов, потом промывают его и помещают в агрессивную среду (например, с повышенной кислотностью), чтобы удалить плохо прилипшие фаги. Оставшиеся на образце экземпляры М13 размножают, инфицируя ими бактерию-хозяина. В результате размножения появляются триллионы перспективных разновидностей фагов, которые используют на следующем этапе эволюции. Затем химический состав раствора изменяют, чтобы еще затруднить связывание фага с нужным веществом.

Ослабевшие вирусы снова смывают, а оставшиеся — размножаются. Затем процесс повторяется еще и еще раз во все более жестких условиях. Так после двух-трех недель дарвиновской эволюции из многих вариантов фага остается лишь самый цепкий — тот, который лучше всех сцепляется с данным материалом.

Вирусы М13 образуют золотые связи между органическими кристаллами.

Если в раствор, содержащий, например, ионы золота, поместить фаг с высокой избирательностью к этому металлу, то он вскоре покроет себя пленкой драгоценного металла и превратится в проволочку длиной 1 мкм, пригодную для соединения элементов микросхемы. Более того, такой вирус, соединяясь с себе подобными, образует сеть золотых микропроводников.

Впрочем, вирусы М13 способны самоорганизовываться в сложные структуры, покрывая себя не только золотом, но и иными веществами. Так, например, недавно А.Белчер смогла заставить фаги сформировать металлическую пленку площадью 10 кв. см и толщиной менее 1 мкм.

Сейчас А.Белчер и ее коллеги из МТИ Ет Мин Чианг, Паула Хэммонд и Ки Тэ Нам изготавливают из таких пленок электроды для сверхлегких литий-ионных аккумуляторов.

Схема получения литий-ионных аккумуляторов по новой технологии.

Катод можно сделать из листа специально выведенных фагов, покрывающих себя золотом для увеличения электропроводности и оксидом кобальта для обеспечения ионного обмена с электролитом батареи. Двухслойный электрод формируется самостоятельно на предварительно подготовленном полимерном электролите.

Теперь группа Белчер работает над получением фагов для выращивания анода. Кроме того, разработчики пытаются создать пленки с чередующимися на их поверхности положительными и отрицательными электродами, чтобы можно было соединять их последовательно и получать более высокое напряжение. Малая величина расстояний между электродами обеспечивает быстроту перезарядки аккумулятора, а также оптимальное использование компонентов. Таким батареям можно будет придавать любую форму, что позволит экономить место в самых разных устройствах. Особенно заинтересовалось этим обстоятельством министерство обороны США. Ведь современные самолеты и прочая военная техника содержат множество батарей электропитания. И снижение их веса, габаритов чрезвычайно важно для военных.

Фаги могут образовывать весьма необычные структуры.

КАК ЗВЕЗДА УТРОИЛАСЬ… Самая большая звезда галактики Млечный Путь, где находится наша планетарная система, на самом деле представляет собой три разных небесных объекта. К такому неожиданному выводу пришла международная группа астрономов во главе с испанцем Хесусом Маисом из Астрофизического института Андалусии.