Využití Brownova pohybu

Malé částice suspendované v kapalině jsou neustále naráženy kolizemi s jinými molekulami, což způsobuje, že se nepravidelně chvějí způsobem známým jako Brownův pohyb. Fenomén – který poprvé pozoroval botanik Robert Brown v roce 1824 a později jej teoreticky popsal Albert Einstein – je v přírodě všudypřítomný, nevyhnutelný důsledek tepelné energie v životním prostředí. Nyní biochemik R. Dean Astumian z University of Chicago tvrdí, že použitím vnějších sil a použitím různých triků můžeme zkreslit tyto jinak náhodné meandry a přimět věci, aby se pohybovaly více jedním směrem než druhým, čímž položíme základy pro potenciálně užitečná zařízení.





Jedno uspořádání by sestávalo z nakloněného potrubí, které má řadu kladných a záporných elektrod připojených podél jedné strany a které také obsahuje tekutinu naplněnou záporně nabitými částicemi. Když je elektřina zapnutá, elektrická přitažlivost přiměje všechny částice, aby se hromadily na kladných elektrodách. Když je elektřina vypnutá, gravitace způsobí, že většina částic bude snášet dolů. Ale díky Brownovu pohybu někteří občas půjdou do kopce. Pokud se tyto směrem nahoru pohybující částice dostanou za zápornou elektrodu, která se nachází těsně nad kladnou, budou po opětovném zapnutí elektřiny vytlačeny do kopce k další kladné elektrodě. Zbytek částic, které se dostaly z kopce, se vrátí ke kladné elektrodě, kde byly původně shromážděny. Opakováním tohoto procesu, zapínáním a vypínáním elektřiny v přesně správný čas, můžeme generovat čistý pohyb do kopce, vysvětluje Astumian.

Beam It Down

Tento příběh byl součástí našeho vydání z října 1997

  • Viz zbytek čísla
  • předplatit

Pokud jsou do potrubí přidány větší částice - složené ze stejného materiálu a nesoucí stejný záporný náboj - budou mít tendenci se pohybovat z kopce více než menší částice, protože zažívají silnější tah od gravitace s poměrně menším třecím odporem. Pokud to uděláte správně, můžete skončit v situaci, kdy se velké částice pohybují z kopce, zatímco malé částice se pohybují do kopce, říká Astumian. To by mohlo být extrémně užitečné, dodává, protože v současné době neexistují žádné opravdu dobré způsoby, jak oddělit částice podle velikosti. Zaujatý Brownův pohybový přístup, říká, by mohl poskytnout základ pro praktická zařízení, která by mohla nepřetržitě oddělovat proteiny nebo jiné molekuly při biologickém nebo chemickém zpracování.



Ale i když se takové aplikace neprosadí, výzkum by měl přinejmenším přispět k novému ocenění náhodného, ​​tepelně řízeného pohybu známého také jako tepelný šum. Vždy jsme se dívali na tepelný šum jako na něco, čeho se musíme zbavit, říká Astumian. Ale nyní volíme opačný přístup a snažíme se ho využít konstruktivně.

skrýt