МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к конструкциям двигателей нанометрового размера, основанных на одной из транспортных систем живой клетки, и может быть использовано в наномашинах.

Аналогом является молекулярный двигатель [Патент на изобретение: Molecular motors. US 2002/0083710, A1, Schneider, Thomas D.; Lyakhov, Ilya Gennaddiyevich; заявлено 04.07.2002.], содержащий внутренний статор с закрепленными на его поверхности миозинами и внешний ротор с закрепленными на его внутренней поверхности актинами, а также он содержит каналы в стенке ротора для подвода аденозинтрифосфорной кислоты - АТФ как биологического топлива для взаимодействия протеиновой пары - актина и миозина.

Недостатком указанного двигателя является неравномерность подачи топлива и низкая удельная мощность.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является молекулярный двигатель [Заявка на изобретение: «Молекулярный двигатель», №2004134864 (037919), Шестаков Игорь Александрович, Вахрушев Александр Васильевич, приоритет 29.11.2004], содержащий корпус, статор, внешний ротор, резервуар для аденозинтрифосфорной кислоты - АТФ, регулятор давления и концентрации АТФ, где в качестве биологической рабочей пары применяются кинезин и микротрубочка, при этом кинезины - биологические линейные двигатели - закреплены на наружной поверхности статора по окружности в ряд, а микротрубочки, состоящие из мономерных глобул - α-тубулин и β-тубулин, закреплены в пазу на внутренней поверхности ротора. Статор - цилиндр, закрытый с двух сторон полусферическими оболочками, имеет отверстия в стенке для выхода АТФ, расположенные вблизи кинезинов. Внутри статора установлен золотник, обеспечивающий при поворотах вокруг продольной оси статора открытие и закрытие отверстий для выхода АТФ к кинезинам. В торцевой части золотника закреплен трубопровод подачи АТФ.

Недостатком указанного двигателя является низкая удельная мощность. Это связано, прежде всего, с большой массой деталей молекулярного двигателя.

Задача изобретения - устранение указанного недостатка, то есть получение конструкции с более высоким значением удельной мощности.

Задача решается тем, что предлагаемый молекулярный двигатель содержит ротор с закрепленными микротрубочками, статор с закрепленными молекулами кинезина, отличающийся от прототипа тем, что в первом исполнении ротор и статор выполнены из углеродных нанотрубок, которые в комплексе прочнее алмаза и имеют меньшую плотность, причем первая углеродная нанотрубка смотана в кольцо в виде жгута, а вторая, в виде спирали, обтягивает этот жгут. Следующее конструктивное исполнение отличается тем, что дополнительно введена третья углеродная нанотрубка, являющаяся внутренней спиралью, поддерживающей изнутри жгут первой углеродной нанотрубки. Для более надежной фиксации молекул кинезина поверх ротора выполнен желоб из углеродных нанотрубок, периодически обтянутых спиралью из углеродных нанотрубок. Спирали могут быть выполнены из нанонитей. Желоб и обтягивающая его спираль могут быть изготовлены из нанонитей.

Такое выполнение позволяет обеспечить меньшую массу молекулярного двигателя по сравнению с прототипом и, следовательно, более высокое значение удельной мощности.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 - поперечный разрез двигателя, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1 (первое конструктивное исполнение), на фиг.3 - разрез А-А фиг.1 (второе конструктивное исполнение), на фиг.4 - статор в продольном сечении двигателя, имеющий в своей конструкции желоб, периодически обтянутый углеродными нанотрубками, на фиг.5 - вид Б фиг.4, на фиг.6 - статор в продольном сечении двигателя, где в конструкции используется нанонить, на фиг.7 - статор в продольном сечении двигателя, имеющий в своей конструкции желоб из нанонити, периодически обтянутый нанонитью.

Молекулярный двигатель содержит ротор 1 с закрепленными микротрубочками 2, статор 3 с закрепленными молекулами кинезина 4 (Фиг.1), отличающийся от прототипа тем, что в первом исполнении ротор и статор выполнены из углеродных нанотрубок, причем первая углеродная нанотрубка 5 смотана в кольцо в виде жгута 6, а вторая углеродная нанотрубка 7, в виде спирали 8, обтягивает этот жгут (Фиг.2). Следующее конструктивное исполнение отличается тем, что дополнительно введена третья углеродная нанотрубка 9, являющаяся внутренней спиралью 10, поддерживающей изнутри жгут 6 первой углеродной нанотрубки 5 (Фиг.3). Для более надежной фиксации молекул кинезина 4 поверх статора 3 из углеродных нанотрубок 11 выполнен желоб 12, периодически обтянутый углеродными нанотрубками 13 в виде спирали 14 (Фиг.4, Фиг.5). Спирали 8 и 10 в могут быть выполнены из нанонитей 15 и 16 (Фиг.6). Желоб 12 и обтягивающая его спираль 14 могут быть изготовлены из нанонитей 17 и 18 (Фиг.7).

Двигатель работает следующим образом. Пространство между статором и ротором заполняется аденозинтрифосфорной кислотой, которая используется в качестве топлива молекулами кинезина. Молекулы кинезина перемещают микротрубочки, связанные с ротором. Вращающий момент отводится от ротора.

Изобретение относится к конструкциям двигателей нанометрового размера, основанных на одной из транспортных систем живой клетки, и может быть использовано в наномашинах. Молекулярный двигатель содержит ротор с закрепленными микротрубочками, статор с закрепленными молекулами кинезина, в первом исполнении ротор и статор выполнены из углеродных нанотрубок, причем первая углеродная нанотрубка смотана в кольцо в виде жгута, а вторая обтягивает этот жгут. В следующем конструктивном исполнении дополнительно введена третья углеродная нанотрубка, являющаяся внутренней спиралью, поддерживающей изнутри жгут первой углеродной нанотрубки. Для более надежной фиксации молекул кинезина поверх ротора выполнен желоб из углеродных нанотрубок, периодически обтянутых спиралью из углеродных нанотрубок. Каркас в виде спирали может быть выполнен из нанонити. Желоб и обтягивающая его спираль могут быть изготовлены из нанонити. Изобретение позволяет обеспечить меньшую массу молекулярного двигателя и, следовательно, более высокое значение удельной мощности. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Молекулярный двигатель, содержащий ротор с закрепленными микротрубочками, статор с закрепленными молекулами кинезина, отличающийся тем, что ротор и статор выполнены из углеродных нанотрубок, причем первая углеродная нанотрубка смотана в кольцо в виде жгута, а вторая, в виде спирали, обтягивает этот жгут.2. Молекулярный двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введена третья углеродная нанотрубка, являющаяся внутренней спиралью, поддерживающей изнутри жгут первой углеродной нанотрубки.3. Молекулярный двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что поверх ротора выполнен желоб из углеродных нанотрубок, периодически обтянутых спиралью из углеродных нанотрубок, и используемый для фиксации молекул кинезина.4. Молекулярный двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что спирали выполнены из нанонитей.5. Молекулярный двигатель по п.3, отличающийся тем, что желоб и обтягивающая его спираль изготовлены из нанонитей.