Keemia Nobeli said maailma väikseimate masinate arendajad

Tänavused Nobeli keemiapreemia võitjad Foto: nobelprize.org

Nobeli preemiaga pärjatud Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart ja Bernard L. Feringa on andnud oma panuse hetkel plahvatuslikult kasvavasse teadusharusse, millest oodatakse uut tehnoloogilist revolutsiooni.

«Tunnen end natukene nagu lennuki leiutajad vennad Wrightid,» ütles värske nobelist Ben Feringa, kui talle Nobeli pressikonverentsilt helistati. «Ka neilt küsiti, et miks seda lennumasinat vaja on. Kui mõelda, mis materjalid meil juba praegu olemas on, siis on võimalused ikka meeletud»

Tänavused laureaadid näitasid, kuidas tehnoloogia miniatuurseks tegemine võib revolutsioonini viia, nad muutsid masinad ülipisikeseks ning lõid keemias nii täiesti uue arusaamise.

Molekulaarsed masinad on kõige pisemad masinad, mida me ette kujutada suudame, kuid kõige lihtsamate liigutuste mõttes on tegemist siiski tavaliste masinatega. Näiteks on tänaseks leiutatud molekulaarne lift, on olemas molekulaarsed rootorid ja antibiootikume sisse/välja lülitavad molekulaarsed lülitid.

Masina kokkupanemiseks tuleb kõigepealt  ehitada vajalikud koostisosad. Tänavused nobelistid järgisidki oma avastustega selle molekulaarse «masinaehituse» eri etappe.

1983. aastal pani Jean-Pierre Sauvage kolleegidega esmakordselt kokku molekulaarse keti, millest sai tulevaste masinate üks põhiosa. Füüsilistelt põhimõtetelt molekulaarne kett tavapärasest metallketist oluliselt ei erine – ikka on põhiline osa omavahel ahela moodustavad rõngad. Ajal, mil Sauvage oma avastusi tegema hakkas, olid molekulaarne rõngas ja ka poolkaar juba leiutatud, nii seisnes tema panus nende ühendamises. Kasutades «liimina» vaseiooni, suutis ta rõngastest ja poolkaartest luua esimese molekulaarse ahela, mida sai ka painutada ja kokku suruda.

Tema avastuste toel hakkas molekulaarne «inseneriteadus» mühinal arenema. 1991 aastal lõi Sir Fraser Stoddart esimese molekulaartehnoloogilise mehhanismi – mööda molekulaarset telge liikuva rõnga. See põhjustas teadusmaailmas omamoodi tormi ja peagi hakkas ilmuma aina enam ja enam teadustöid, mis näitasid erinevaid võimalikke molekulaarseid masinaid.

Ilma kontrollmehhanismita on nii väikestest masinatest aga vähe kasu, sest isegi Browni liikumisest (osakeste vaba liikumine) piisab, et igasugune võimalik rakendus nurjata. Masinad liigutasid end vastavalt keskkonna mõjutustele. Teadlastele sai selgeks, et on vaja leida viis, kuidas panna masinad ühesuunaliselt liikuma.

Kolmikust noorim, Ben Feringa, saigi tunnustust oma panuse eest uute masinate kontrollimisviiside välja arendamise ja omalaadsete pöörleva molekulaarse lüliti eest. 1994. aastal näitas tema juhitud teadlaste grupp, kuidas elektrokeemilised meetodid masinate liikumist ohjavad.

Praeguseks on juba loodud kokku tõmbuv ja sirutuv molekulaarne lihas, kolme teljega molekulaarne lift ja ka 12 000 pööret sekundis pöörleva rootoriga molekulaarne mootor. Kui juba mootor, siis ka kahel pöörleval teljel liikuv molekul – molekulaarne auto.

«Kuigi molekulaarsed masinad on praegu veel fundamentaalteaduse tasemel, on laureaadid näidanud, et sellised masinad on võimalikud. Antud hetkel saab nende avastust võrrelda 19. sajandi alguse elektriliste masinate prototüüpidega. Tollal tundus see utoopia, aga tänaseks on elektroonika niimoodi meie igapäevaelus, et me ei pruugi seda enam isegi märgata,» teatas Nobeli assamblee liige pressikonverentsil.

Kes nad on? 

Jean-Pierre Sauvage sündis 1944. aastal Pariisis. Auhinnatud avastuse tegemise ajal töötas ta Prantsusmaal, Strasbourgi Ülikoolis 

Sir J. Fraser Stoddart sündis 1942. aastal Suurbritannias Edinburghis. Auhinnatud avastuse tegemise ajal töötas ta USAs Northwesterni Ülikoolis. 

Bernard L. Feringa sündis 1951. aastal Hollandis Berger-Compascuumis. Auhinnatud avastuse tegemise ajal töötas ta Groningeni Ülikoolis.