31. Самосборка как пример самоорганизации в нанотехнологии. Факторы, определяющие самосборку

Самосборка - процесс, при котором из отдельных компонентов или составляющих смеси благодаря минимизации их обшей энергии образуется самопроизвольно упорядоченное единое целое (агрегат).

Самосборка в нанотехнологии охватывает широкий круг понятий и способов усложнения структуры, начиная от выращивания кристаллов до создания совершенных биологических организмов. С помощью природных механизмов при таких самосборках можно формировать и создавать различные наноструктуры и даже более крупные системы и материалы с требуемыми физико-химическими свойствами.

Осуществление направляемой самосборки требуемых искусственных наноструктур из молекулярных «строительных» блоков - основная задача нанотехнологии. Для ее решения необходимо использовать сведения о межмолекулярном взаимодействии между молекулярными «строительными» блоками пространственном расположении наноструктур, результаты компьютерного молекулярного моделирования, а также данные бионики. Бионика - наука о применении в технических устройствах и системах принципов, позаимствованных у живой природы. Проше говоря, бионика — это соединение биологии и техники.

Понимание, индуцирование и направление самосборки - это ключ для постепенного перехода на нанотехногию «снизу вверх».

Успех самосборки предопределяют пять факторов:

1.Наличие молекулярных «строительных» блоков. Для нанотехнологии наибольший интерес представляет самосборка молекул больших размеров, в диапазоне от 1 до 100 нм. Чем более крупными и хорошо структурированными являются исходные молекулярные «строительные» блоки, тем более высок уровень технического контроля за ними и их взаимодействиями, что значительно облегчает процесс самосборки.

2.Межмолекулярные взаимодействия. Обычно силы, обеспечиваюшие самосборку, определяются слабыми нековалентными межмолекулярными связями: электростатическими и водородными связями, ван-дер-ваальсовыми, полярными. гидрофобными и гидрофильными взаимодействиями.

3.Обратимость процесса. Существующие, а также предполагаемые самосборки в нанотехнологии являются управляемыми, но самопроизвольными процессами, в ходе которых молекулярные «строительные» блоки объединяются в требуемые упорядоченные сборки или комплексы. Чтобы такой процесс был самопроизвольным, он должен осуществляться обратимым путем.

4.Обеспечение подвижности молекул. Из-за динамической природы процесса самосборки для его осуществления необходима жидкая среда.

5.Среда протекания процесса. На самосборку значительное влияние оказывает окружающая среда. Образующийся молекулярный агрегат представляет собой упорядоченное множество частиц, которое имеет термодинамически наиболее устойчивую конформацию.

32. Общие признаки пакетов моделирования молекулярных систем

Все квантово химические программы характеризуются собственным набором эксплуатационных возможностей и особенностей. Они различаются последующим признакам:

•ориентированность на ту или иную вычислительную платформу, включая вид операционной системы, тип компьютера, возможность проведения параллельных вычислений и т. д.;

•набор квантовохимических методов учета корреляционной энергии;

•возможность конструирования базисных наборов;

•средства интерпретации результатов вычисления (анализ волновой функции и вычисления различных свойств молекул);

•математические методы реализации основных алгоритмов, таких как оптимизация решения, диагонализация матриц и т. д.;

•способы хранения и использования больших объемов промежуточной информации;

•интерфейс.