Дмитрий Соколов - Необычные изобретения. От Вселенной до атома

Подводя итог сказанному, я призываю не только патентных работников, но и всех специалистов во всех областях знаний не увеличивать в нашей жизни количество абсурда-бессмыслицы, говорить и писать как можно проще, использовать, по возможности, укоренившиеся и всем понятные термины и не усложнять понимание своей узкой области работникам смежных направлений. Ведь еще Амвросий Оптинский говорил: «Где просто – там ангелов со сто, а где мудрено, там ни одного» [12]. А научиться простоте изложения можно, например, у Пушкина, Лермонтова, Чехова. Полезно почитать Солженицына с его многообразием русского языка. И всегда надо помнить высказывание А.И. Герцена: «Нет мысли, которую нельзя было бы выразить просто и ясно».

Литература

1. Володина М.Н. Когнитивно-информационная природа термина и терминологическая номинация. – М.: Изд-во МГУ, 2000.

2. Владимир Солоухин. Волшебная палочка. – М.: Московский рабочий. – 1983. – С. 44.

3. Евдокимова В.Н. Передача технологии: правовое регулирование и правоприменительная практика в Российской Федерации. – М.: ИНИЦ Роспатента. – С. 20.

4. Соколов Д.Ю. Полезная модель действительно полезна // Нано-индустрия. – 2011. – № 6.

5. Соколов Д.Ю. Простое побеждает сложное // Патенты и лицензии. – 2011. – № 11.

6. Нанометр. Информационный бюллетень ФНМ. 2011. № 12 (64).

7. Леонтьев Б.Б. О государственной инновационной системе США // Наука и технологии в промышленности. – 2011. – № 3.

8. Краткий словарь иностранных слов / сост. С.М. Локшина. – М.: Русский язык, 1985. – С. 312.

9. Люстрова З.Н., Скворцов Л.И., Дерягин В.Я. Друзьям русского языка. – М.: Знание, 1982. – С. 82.

10. Соколов Д.Ю. Об изобретательстве понятным языком и на интересных примерах. – М.: Техносфера, 2011. – 152 с.

11. Соколов Д.Ю. Единство и борьба терминологий // Изобретатель и рационализатор. – 2012. – № 3.

12. Жить – не тужить. Изречения Амвросия Оптинского. – М., 2012. – С. 56.

Глава 11

Наномашины и их патентование

В предыдущих главах многие изобретения рассматривались в первую очередь в качестве примеров гипотетического патентования и не всегда на их основе можно было создавать реальные изобретения. Хотя некоторые из них и можно было бы использовать для решения конкретных проблем. Например, зная механизм зарождения циклонов, их можно было бы создавать искусственно, меняя коэффициент отражения водной поверхности в тропических широтах путем распыления специальных составов, но это уже климатическое оружие. Но также, зная этот механизм, можно и бороться с циклонами, как предложил П.Н. Манташьян за счет охлаждения поверхностных вод океана в процессе его волнения [1].

В этой главе будет рассказано о некоторых изобретениях наномира и о том, что очень многие из них можно использовать для создания принципиально новой техники. Материал предыдущих глав я обычно излагаю студентам на первых занятиях, чтобы ввести их в область изобретательства и не отпугнуть от этих работ кажущейся их сложностью. Здесь же рассматривается материал по патентованию изобретений более высокого уровня, но также на интересных и необычных примерах. Подобным материалом обычно заканчиваются занятия по обучению изобретательству и патентованию.

С конца ХХ века многие традиционные направления науки стали относить к нанотехнологиям. Как только размер какого-то элемента, относящегося к традиционному процессу, стал меньше 100 нм, сразу такой процесс начали называть нанотехнологическим. Это можно отнести и к диспергированию материалов, и к микроэлектронике, и к химии, и ко многим другим направлениям. Можно ли все это называть нанотехнологиями – ученые спорят до сих пор.

Существует даже известное высказывание: «Наконец-то для химии придумали красивое название».

Но по поводу наномашин, полностью созданных человеком или в соавторстве с природой, споров никогда не было. Разработка, изготовление и последующее использование наномашин – это область реальной нанотехнологии. В начале 1980-х годов американский ученый Эрик Дрекслер опубликовал книгу «Машины создания: грядущая эра нанотехнологии». Первая публикация датируется 1981 годом. От этой публикации можно отсчитывать начало эпохи наномашин. Он ввел понятие ассемблер – устройство, способное к самовоспроизводству и предназначенное для конструирования наномашин из отдельных атомов и молекул.

Вначале остановимся на изобретениях, созданных природой, использование которых в наномашинах пока еще не перешло в практическую плоскость.

Известен так называемый ферментный мотор [2]. В нем по фибрилле 1 (рис. 11.1) длиной до 8 мкм, например молекуле белка тубулина, может перемещаться фермент 2, используя активные окончания (группы) 3, расположенные на белковых удлинениях 4. Причем эти движения похожи на шаги человека. Уже предпринимались попытки визуализации этих шагов с помощью сверхвысокоскоростного сканирования зондовым микроскопом. Скорость такого перемещения может достигать 100 мкм/сек. При этом энергия для перемещения может создаваться колебаниями различной природы, например инициируемыми гидролизом аденазинтрифосфорной кислоты (АТФ). А направление перемещения может определяться градиентами температуры, электрохимического потенциала, концентрации частиц, например броуновских, и т. д. По белкам актин и миозин, достигающим несколько микрон в длину, подобным образом внутрь клеток могут двигаться, например, хромосомы.

Рис. 11.1. Ферментный мотор

Природа может решать и обратную задачу, при которой на молекулах белка кинезин 1 (рис. 11.2), закрепленных на неподвижной поверхности 2 и также имеющих активные группы 3, расположенные на белковых удлинениях 4, перемещаются микротрубки 5 в мышечных «моторах». Это выглядит, как будто несколько человек, перебирая руками, перемещают длинную трубу над головой. А энергия перемещения та же – АТФ, колебания и градиенты. К линейным наномоторам относятся белки: миозины, кинезины и динеины, обеспечивающие сокращение мышц. Эти белки' могут развивать усилия 3–6 пН, обеспечивать шаг 5–15 нм и скорость перемещения 0,8–3 мкм/сек. Здесь следует заметить, что управление этими «моторами», а значит, процессами жизнедеятельности могут осуществлять периодические солнечные и земные процессы, фазы луны, сезоны года [3]. Существуют даже более сложные и еще менее изученные космофизические факторы сверхмалых воздействий на все природные процессы, в том числе и биологические [4]. То есть произошло символическое сближение изобретений наномира с изобретениями Вселенной, с которых мы начинали эту книгу.

Очень интересное изобретение природы, называемое бактериофагом, который можно рассматривать как наномашину биологического происхождения, я подробно рассматривал в [5, 6]. Там же был представлен вариант гипотетической формулы изобретения на бактериофаг и рекомендации по составлению описания на подобные изобретения. В этом издании мы рассматриваем более простые примеры наномашин.

В качестве следующего примера рассмотрим биомолекулярный двигатель вращения (рис. 11.3), который создан совместными усилиями природы и учеными из университета г. Корнелла, США.

Он содержит рабочий модуль 1, состоящий из биомолекулярного кластера 2, в качестве которого природа использует биотинилированный цистелин. Внутри этого кластера расположена линейная биологическая молекула 3, способная осуществлять вращательное движение. С противоположной от нее стороны имеются гистидиновые концы 4 с активными группами 5. Описанный комплекс представляет собой бионаномотор, созданный природой, который использует, например, бактерия Е. coli для своего перемещения. Для этого на кончике линейной молекулы 3 расположен филамент жгутика (не показан), который работает как пропеллер и двигает ее вперед. Более подробно «мотор» этой бактерии описан в [2].

Рис. 11.2. Мышечный мотор

Далее этот бионаномотор посредством активных групп 5 закрепляют на искусственно созданном никелевом основании 6 высотой около 200 нм и диаметром 80 нм. После этого на кончик линейной молекулы 3 (туда, где природа размещает филамент жгутика) прикрепляют искусственно созданный «пропеллер» в виде никелевой микропроволоки 7. Учитывая малые размеры никелевого основания 6, для того чтобы с биомолекулярным двигателем вращения можно было бы осуществлять манипуляции, это основание закрепляют на платформе 8, которая будет различима в оптический микроскоп и которую уже можно захватывать микроманипулятором. Описанной информации вполне достаточно, чтобы составить формулу изобретения на биомолекулярный двигатель вращения. Вот вариант такой формулы.