Forskere viser, at ultralydsdrivende nanoroder snurrer svimlende hurtigt

(Phys.org) —Vibrer en opløsning af stangformede metal-nanopartikler i vand med ultralyd, og de vil dreje rundt om deres lange akser som små bor. Hvorfor? Ingen ved endnu præcist. Men forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har klokket deres hastighed - og det er hurtigt. Op til 150, 000 omdrejninger pr. Minut, disse nanomotorer roterer 10 gange hurtigere end noget nanoskalaobjekt nedsænket i væske nogensinde har rapporteret.

Opdagelsen af ​​denne svimlende hastighed har åbnet muligheden for, at de ikke kun kan bruges til at bevæge sig inde i kroppen-drivkraften for forskningen-men også til højhastighedsbearbejdning og blanding.

Forskere har undersøgt, hvordan man får nanomotorer til at bevæge sig rundt i væsker i de sidste mange år. En gruppe i Penn State, der ledte efter en biologisk venlig måde at drive nanomotorer på, observerede først, at metal -nanoroder bevægede sig og roterede som reaktion på ultralyd i 2012. En anden gruppe ved University of California San Diego dirigerede derefter metalstængernes fremadgående bevægelse ved hjælp af en magnetisk Mark. Penn State -gruppen demonstrerede derefter, at disse nanomotorer kunne drives frem i en kræftcelle.

Men ingen vidste hvorfor eller hvor hurtigt nanomotorerne snurrede. Det sidste er et måleproblem, forskere ved NIST arbejdede sammen med Penn State -gruppen for at løse det.

"Hvis nanomotorer skal bruges i et biologisk miljø, så er det vigtigt at forstå, hvordan de interagerer med væsken og genstande omkring dem, "siger NIST -projektleder Samuel Stavis." Vi brugte nanopartikler til at spore vandstrømmen omkring nanomotorer, og vi brugte denne måling til at udlede deres omdrejningshastighed. Vi fandt ud af, at nanomotorer snurrede overraskende hurtigt. "

NIST-teamet klokket nanomotorernes rotation ved at blande den 2 mikrometer lange, 300-nanometer brede guldstænger med polystyrenperler med 400 nanometer diameter i vand og lægge dem mellem glas- og siliciumplader med en ryster af højttalertype under. De vibrerede derefter ryster ved en ultralydstone på 3 megahertz - alt for høj til, at du eller din hund kunne høre - og så motorerne og perlerne bevæge sig.

Når motorerne roterer i vand, de skaber en hvirvel omkring dem. Perler, der kommer tæt på, bliver fejet af hvirvelen og hvirvler rundt om stængerne. Ved at måle, hvor langt perlerne er fra stængerne, og hvor hurtigt de bevæger sig, gruppen var i stand til at regne ud, hvor hurtigt motorerne snurrede - med et vigtigt forbehold.

"Nanorodernes størrelse er vigtig i vores målinger" siger NIST -fysikeren Andrew Balk. "Vi fandt ud af, at selv små variationer i stangens dimensioner forårsager store måleusikkerheder, så de skal fremstilles så ensartet som muligt til fremtidige undersøgelser og applikationer. "

Ifølge forskerne, hastigheden af ​​nanomotorernes rotation synes at være uafhængig af deres fremadgående bevægelse. At kunne kontrollere nanomotorernes "hastighed og fodring" uafhængigt ville åbne muligheden for, at de kunne bruges som roterende værktøjer til bearbejdning og blanding.

Fremtidige forskningsveje omfatter at forsøge at opdage præcis, hvorfor motorerne roterer, og hvordan hvirvelen omkring stængerne påvirker deres interaktion med hinanden.