Brændstoffri nanomotor drives af ultralyd og magnetiske felter

(Phys.org)—Nanoskala motorer, ligesom deres makroskala modstykker, kan bygges til at køre på en række forskellige kemiske brændstoffer, såsom hydrogenperoxid og andre. Men i modsætning til motorer i makroskala, nogle nanomotorer kan også køre uden brændstof, i stedet for at blive drevet af enten magnetiske eller akustiske felter. I et nyt blad, Forskere har for første gang demonstreret en nanomotor, der kan køre på både magnetiske og akustiske felter, hvilket gør den til den første magneto-akustiske hybrid brændstoffri nanomotor.

Forskerne, ledet af professor Joseph Wang ved University of California, San Diego, har udgivet et papir om den nye klasse af nanomotorer i et nyligt nummer af Nano bogstaver . Da magnetiske og akustiske felter er biokompatible og almindeligt anvendt i medicin, de brændstoffrie nanomotorer kunne være særligt nyttige til biomedicinske anvendelser.

Nanomotoren kan reagere på begge typer felter på grund af dens bisegmenterede design:guld nanorod-segmentet reagerer på ultralyd, og det nanoheliske magnetiske segment reagerer på magnetiske felter. Hele enheden er ca. 3000 nm (3 µm) lang.

Som forskerne forklarer, Brug af forskellige felter til at drive en enkelt enhed giver mulighed for hurtig rekonfiguration af enhedens drift. For eksempel, skift mellem de to forskellige felter ændrer hurtigt bevægelsesretningen, fordi felterne virker på modsatte ender af enheden. Ud over, justering af amplituden af ​​ultralydsbølgerne eller frekvensen af ​​det magnetiske felt muliggør hurtig hastighedsregulering, mens påføring af et roterende magnetfelt inducerer et drejningsmoment, der resulterer i proptrækkerbevægelse.

Brug af felter i stedet for brændstof til kraft giver også nanomotoren den fordel, at den kan fungere i stærkt ioniske miljøer, såsom havvand og blod. Disse medier interfererer typisk med fremdriftsmekanismerne for kemisk drevne nanomotorer, som ofte er afhængige af den elektriske felt-inducerede bevægelse af elektroforese.

Når flere af de nye nanomotorer er placeret i umiddelbar nærhed, forskerne fandt ud af, at de udviser sværmende adfærd svarende til den kollektive adfærd, der ses i nogle biologiske systemer, såsom fiskestimer. Forskerne observerede tre forskellige tilstande af omskiftelig kollektiv adfærd, afhængig af det anvendte felt:stabil aggregering kun med ultralyd, retningsbestemt sværmbevægelse med kun magnetiske felter, og en hvirvlende sværmhvirvel med begge marker.

I fremtiden, det brede arbejdsområde, der tilbydes af de magnetiske og akustiske aktiveringer, kunne føre til en endnu mere spændende mulighed:smarte nanovehicles, der autonomt omkonfigurerer sig selv som reaktion på ændringer i miljøet eller deres egen ydeevne for at opnå en forudbestemt mission. Denne evne kan vise sig at være særlig nyttig til biomedicinske applikationer, såsom billeddannelse, medicin levering, og diagnose. Andre applikationer kan omfatte manipulation og samling i nanoskala i det bredere felt af kunstige nanomaskiner.

© 2015 Phys.org