Nano- og mikromotorer til biologiske og kemiske anvendelser

Nano- og mikromotorer er ultrasmå enheder designet til at udføre udvalgte mekaniske bevægelser som reaktion på specifikke stimuli. Disse bevægelser omfatter rotation, rullende, pendulkørsel, levering, sammentrækning eller kollektiv adfærd, afhængig af motorens design og dens biologisk eller kemisk funktionaliserede komponenter.

Disse enheder er hovedsageligt karakteriseret efter den type energi, de bruger, da deres driftsmekanisme er stærkt relateret til energikilden. Det kan være brændstof (naturligt eller syntetisk), eller en fysisk kilde (f.eks. lys, magnetiske felter, elektriske felter, eller akustiske ultralydsbølger). Nano- og mikromotorer er ofte efterligninger af naturlige biologiske motorer.

Forskere fra Nanobioelectronics and Biosensors Group ved Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) har for nylig offentliggjort en omfattende anmeldelse i Kemiske anmeldelser med titlen "Nano/Micromotors in (Bio)chemical Science Applications". Forfatterne til dette værk, opsummering af den nyeste viden om design af sådanne anordninger til biologiske og kemiske anvendelser, er Dr. Maria Guix, Dr. Carmen C. Mayorga-Martinez, og prof. Arben Merkoçi, ICREA forskningsprofessor og gruppeleder ved ICN2.

I løbet af det seneste årti, forskere har vist øget interesse for nano- og mikromotorer. Efter forarbejder, der udgjorde et proof of concept, forskning på dette område udvikler sig til specifikke anvendelser for områder som biomedicin (f. diagnostik), miljøovervågning og -sanering, fødevaresikkerhed, og sikkerhed.

Gennemgangen forklarer eksempler på naturlige biologiske motorer, som dem der findes i cytoskelettet, DNA- eller RNA-processenzymer eller de bakterielle roterende flagelmotorer, som har inspireret adskillige konstruerede nano- og mikromotorer. Efter det, forfatterne fremhæver de seneste resultater inden for syntetiske motorer, herunder katalytiske nanomotorer baseret på forskellige kemiske eller biokemiske brændstoffer, og diskuter de respektive begrænsninger for disse enheder. Deres bevægelse afhænger af en ekstern kilde (lys, magnetiske eller elektriske felter, eller ultralydsbølger). Endelig, gennemgangen giver et overblik over hybridmotorer, som integrerer naturlige biologiske dele med syntetiske komponenter på tværs af en række materialer og funktionaliteter.

Artiklen konkluderer, at nano- og mikromotorer tilbyder ekstraordinært potentiale for fremtidige biokemiske og biomedicinske anvendelser. Forskellige energikilder er blevet undersøgt for at øge levetiden for disse enheder og gøre dem kompatible med in vivo-applikationer. Det endelige mål er fjernbetjening af nano- og mikromotorer i den menneskelige krop som fuldt kontrollerbare nanorobotter, men lige nu hører det stadig til science fiction-litteraturen. De næste års forskning vil være afgørende for at afgøre, om disse drømte enheder bliver virkelige.