14 февраля 2017 года

состоялось очередное заседание Президиума Российской академии наук

Члены Президиума заслушали научное сообщение «Молекулярные машины и переключатели»

Докладчик — член-корреспондент РАН Юлия Германовна Горбунова

Создание материалов, свойствами которых можно обратимо управлять с помощью внешних воздействий является весьма актуальной задачей. Еще в 1959 г. американский физик, Нобелевский лауреат Ричард Фейнман в своей рождественской лекции «Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики» говорил: «Мне хочется обсудить одну малоизученную область физики, которая представляется весьма важной и перспективной и может найти множество ценных технических применений. Речь идет о проблеме контроля и управления строением вещества в интервале очень малых размеров. Когда-нибудь (например, в 2000 г.) люди будут удивляться тому, что до 1960 г. никто не относился серьезно к исследованиям этого мира. Представьте себе возможности, которые откроются в случае изготовления микроскопических объектов, способных выполнять механические действия! В сущности, производство таких сверхмалых объектов может быть коммерчески интересным».

Очень многие из предсказаний этой лекции сбылись — это и миниатюризация всей современной электроники, прецизионная литография в твердотельной электронике и микроэлектронике, создание сверхчувствительных сенсоров, молекулярных переключателей, фотохромных материалов, преобразователей света, которые прочно вошли в нашу жизнь. И даже предсказанное им управление на атомарном уровне было реализовано с созданием сканирующего туннельного микроскопа с атомным разрешением. Такой инструмент позволяет не только анализировать образцы с ранее недоступным разрешением, но даже управлять передвижением отдельных атомы.

Так, в 1989 г. Дон Эйглер выложил логотип IBM из 35 атомов Хе на поверхности монокристаллического никеля. В 2012 г. учёные IBM показали мультипликационный фильм «Мальчик и его атом», основанный на анимации 65 молекул монооксида углерода на медной подложке. В то же время биологи, заинтересованные в движении в сложных биологических системах, инициировали изучение биологических машин живых организмов. Отдельные молекулы или их ансамбли играют основополагающую роль в динамике движения и функционирования биологических систем. Эти исследования и побудили химиков и материаловедов задуматься над дизайном искусственных молекулярных устройств и переключателей.

К сегодняшнему дню разработано большое количество таких молекулярных устройств на основе разнообразных классов химических соединений, управляемых при помощи внешних воздействий различной природы (облучение светом, рН, редокс-превращения и тд). Фото- и электрохромные, магнитные, сенсорные переключатели уже прочно вошли в нашу жизнь! А вот молекулярные машины — как разновидность переключателей, которые могут совершать механическое движение дискретных молекулярных компонент относительно друг друга под воздействием внешних факторов все еще остается непознанной до конца наукой, но за которой, безусловно, будущее! О высоком уровне актуальности данной тематики свидетельствует Нобелевская премия по химии за 2016 г., присвоенная Жан-Пьеру Саважу, Джеймсу Стоддарту и Бернарду Феринга «За проектирование и синтез молекулярных машин». Группы этих трех исследователей заложили принципы так называемого молекулярного дизайна химических систем, в которых возможна реализация идеи механического движения наноскопических объектов.

Какая же энергия заставляет молекулярную машину двигаться? С точки зрения внешнего воздействия это могут быть химические (рН среды и ее полярность, введение катионов и тд), электрохимические и фотохимические источники энергии. Последние представляются наиболее перспективными, как безотходные и простые в реализации. Кроме того, для создания оптимальной молекулярной машины необходима реализация трех принципов — система должна быть обратима, движение должно находится под контролем и быть направленным.

В докладе представлены основные принципы молекулярного дизайна на примере соединений с топологией катенанов и ротаксанов. Катенаны представляют собой несколько колец, скреплённых друг с другом, а ротаксаны состоят из двух частей - гантелевидной молекулы и кольца-макроцикла с двумя объёмными группами (стопперами) на концах гантели для предотвращения слетания макроцикла. В отличие от классических систем, построенных из отдельных молекулярных компонент, катенаны и ротаксаны не могут диссоциировать на отдельные фрагменты. В случае катенанов этому препятствует механическое зацепление макроциклических фрагментов; в случае ротаксанов диссоциация невозможна из-за стерических препятствий, оказываемых объемными концевыми группами-стопперами. Отсутствие ковалентных связей между молекулярными компонентами приводит к тому, что такие ансамбли характеризуются высокой степенью подвижности каждого из фрагментов, и в зависимости от различных факторов (полярность растворителя, кислотность среды, фото- или электрохимическое воздействие и т.д.), система может менять свою архитектуру. Таким образом, эти соединения являются наиболее перспективными компонентами для создания молекулярных машин.

За последние несколько десятков лет на примере таких соединений синтезированы молекулярные роторы, шаттлы, мускулы и другие молекулярные устройства. Группой проф. Феринга разрабатываются молекулярные моторы, вращение которых осуществляется под воздействием света определенной длины волны, что положено в основу создания новых типов каталитических систем, умных материалов, систем для адресной доставки лекарств. Кроме того данный принцип был впервые использован для вращения стеклянной палочки на поверхности жидких кристаллов, при этом она была в десять тысяч раз больше, чем сам микроскопический двигатель. Этот же принцип был положен в создание первого примера четырехколесной наномашины, передвигающейся по поверхности золота. Пришивка разработанных молекулярных устройств к поверхности позволит разрабатывать принципиально новые типы материалов с настраиваемой смачиваемостью, агрегацией, оптических и каталитических свойств, систем для адресной доставки лекарств и самовосстанавливающихся материалов и тд.

В России данная тематика активно развивается в научных школах академиков Алфимова М.В. и члена-корреспондента РАН Громова С.П., академика Минкина В.И., академика Белецкой И.П., академика Цивадзе А.Ю., в научных школах академика Коновалова А.И. и члена-корреспондента РАН Антипина И.С., академика Алдошина С.М. В научной школе академика Еременко И.Л. впервые показана принципиальная возможность создания магнитно-управляемой молекулярной машины.

В заключение хочется привести слова Нобелевского комитета по поводу премии по химии за 2016 год: «С точки зрения развития науки, молекулярные двигатели сейчас на том же этапе, что и электрический двигатель в 1830-е годы. Тогда ученые показали работу кривошипных механизмов и колец, не зная, что это приведет к созданию поездов, стиральных машин, вентиляторов и кухонных комбайнов».

В обсуждении доклада приняли участие:

ак. Л.М. Зеленый, ак. В.Е. Фортов, ак. М.Я. Маров, чл.-корр. С.П. Громов, ак. А.И. Арчаков, ак. А.Ю. Цивадзе, ак. С.М. Алдошин.

На заседании рассмотрен вопрос о присуждении премии имени Л.В. Канторовича 2017 года (представление Отделения общественных наук) д.ф.-м.н. Сергею Арутюновичу Айвазяну (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Центральный экономико-математический институт Российской академии наук) за монографию «Анализ качества и образа жизни населения. Эконометрический подход». Выдвинут академиком РАН Макаровым В.Л.

На заседании Экспертной комиссии присутствовали 7 членов Комиссии из 9.

В соответствии с результатами тайного голосования большинством голосов (за — 5, против — 1, недействительных бюллетеней — 1) к присуждению премии имени Л.В. Канторовича 2017 года рекомендована кандидатура С.А. Айвазяна.

На заседании бюро Отделения общественных наук РАН присутствовали 14 членов Бюро из 18. В соответствии с результатами тайного голосования большинством голосов (за — 13, против — 0, недействительных бюллетеней — 1) в президиум РАН представлен проект постановления о присуждении премии имени Л.В. Канторовича 2017 года С.А. Айвазяну.

В представленной монографии систематизированы основные результаты, полученные автором с 70-х годов прошлого столетия по настоящее время. Заслугой автора является предложенная оригинальная методология построения интегральных измерителей анализируемых синтетических латентных категорий, опирающаяся на оптимизационный подход, минимизирующий потери в информации. Важным теоретическим достижением данной работы является подход к определению типологии потребительского поведения домашних хозяйств и к выявлению основных типообразующих признаков.

Полученные Айвазяном С.А. фундаментальные результаты имеют не только большое теоретическое значение, но и важное в прикладном плане. Под руководством Айвазяна С.А. выполнен ряд важных прикладных работ по заказам Минэкономразвития России, Госкомстата России, региональных правительств Самарской области, Краснодарского края; осуществлены исследования в рамках грантов Фонда Форда, INTAS, РФФИ, РГНФ.

Научные результаты Айвазяна С.А. опубликованы в ведущих отечественных и зарубежных изданиях, неоднократно докладывались на российских и международных конференциях.

На заседании рассмотрен вопрос о присуждении премии имени В.С. Немчинова 2017 года (представление Отделения общественных наук) д.э.н. Виталию Леонидовичу Тамбовцеву (Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова») за цикл работ «Теоретические и эмпирические исследования институциональных изменений». Выдвинут членом-корреспондентом РАН Клейнером Г.Б.

На заседании Экспертной комиссии присутствовали 8 членов Комиссии из 10. В соответствии с результатами тайного голосования большинством голосов (за — 7, против — 1, недействительных бюллетеней — 0) к присуждению премии имени В.С. Немчинова 2017 года рекомендована кандидатура В.Л. Тамбовцева.

На заседании бюро Отделения общественных наук РАН присутствовали 14 членов Бюро из 18. В соответствии с результатами тайного голосования большинством голосов (за — 13, против — 0, недействительных бюллетеней — 1) в президиум РАН представлен проект постановления о присуждении премии имени В.С. Немчинова 2017 года Тамбовцеву В.Л.

Цикл работ Тамбовцева В.Л. посвящен детальному анализу процессов институциональных изменений в экономике, включающему разработку оригинального подхода к проектированию экономических институтов, аналоги которому отсутствуют в мировой науке, а также существенную модификацию концепции рынка для институтов.

Развитие Тамбовцевым В.Л. теории институциональных изменений базируется на разработанной им теоретической модели процессов возникновения институтов, охватывающей все возможные варианты осуществления этих процессов, и разработке оригинального подхода к выявлению микро-оснований теории институциональных изменений, развивающего когнитивную трактовку институциональной динамики, предложенную ранее Д. Нортом и его соавторами.

Выполненные теоретические разработки стали надежной основой для эмпирического анализа основных институциональных изменений в российской экономике, произошедших с начала 2000-х годов. Исследование показало, что значительная часть из проанализированных изменений, прежде всего, в сфере инвестиционных процессов, негативно отразилась на стимулах к частному инвестированию.

Члены Президиума обсудили и приняли решения по ряду других научно-организационных вопросов.

   Видеозапись заседания