Små myrer:Forskere bygger verdens mindste motor

Forskere har udviklet verdens mindste motor - kun et par milliardtedele meter i størrelse - som bruger lys til at drive sig selv. Nanomotoren, udviklet af forskere ved University of Cambridge, kunne danne grundlag for fremtidige nanomaskiner, der kan navigere i vand, fornemme omgivelserne omkring dem, eller endda komme ind i levende celler for at bekæmpe sygdom.

Prototypen er lavet af små ladede partikler af guld, bundet sammen med temperaturresponsive polymerer i form af en gel. Når 'nanomotoren' opvarmes til en bestemt temperatur med en laser, det lagrer store mængder elastisk energi på en brøkdel af et sekund, da polymerbelægningerne fjerner alt vandet fra gelen og falder sammen. Dette har den effekt, at de tvinger guldnanopartiklerne til at binde sig sammen til tætte klynger. Men når enheden er afkølet, polymererne optager vand og udvider sig, og guld-nanopartiklerne skubbes stærkt og hurtigt fra hinanden, som en fjeder. Resultaterne er rapporteret i journalen PNAS .

"Det er som en eksplosion, "sagde Dr. Tao Ding fra Cambridge's Cavendish Laboratory, og avisens første forfatter. "Vi har hundredvis af guldkugler, der flyver fra hinanden på en milliontedel af et sekund, når vandmolekyler puster polymererne op omkring dem."

"Vi ved, at lys kan opvarme vand til at drive dampmaskiner, " sagde undersøgelsens medforfatter Dr. Ventsislav Valev, nu baseret på University of Bath. "Men nu kan vi bruge lys til at drive en stempelmotor på nanoskala."

Nanomaskiner har længe været en drøm for videnskabsmænd og offentligheden, men da der endnu ikke er udviklet måder at få dem til at flytte på, de har forblevet inden for science fiction. Den nye metode udviklet af Cambridge-forskerne er utrolig enkel, men kan være ekstremt hurtige og udøve store kræfter.

De kræfter, der udøves af disse små enheder, er flere størrelsesordener større end kræfterne for nogen anden tidligere produceret enhed, med en kraft pr. vægtenhed næsten hundrede gange bedre end nogen motor eller muskel. Ifølge forskerne, enhederne er også biokompatible, omkostningseffektiv at fremstille, hurtigt at svare, og energieffektive.

Professor Jeremy Baumberg fra Cavendish Laboratory, der ledede forskningen, har navngivet enhederne 'ANT'er', eller aktivering af nano-transducere. "Som rigtige myrer, de producerer store kræfter til deres vægt. Den udfordring, vi står over for nu, er, hvordan man kontrollerer den kraft til nanomaskineri-applikationer."

Forskningen foreslår, hvordan man kan omdanne Van de Waals-energi - tiltrækningen mellem atomer og molekyler - til elastisk energi af polymerer og frigive den meget hurtigt. "Hele processen er som en nano-fjeder, " sagde Baumberg. "Det smarte her er, at vi gør brug af Van de Waals tiltrækning af tungmetalpartikler til at sætte fjedrene (polymererne) og vandmolekylerne til at frigive dem, som er meget reversibel og reproducerbar."

Holdet arbejder i øjeblikket med Cambridge Enterprise, universitetets kommercialiseringsarm, og flere andre virksomheder med det formål at kommercialisere denne teknologi til mikrofluidiske bioapplikationer.