Statisk elektricitet kan styre nanoballonen

Maskiner i molekylstørrelse kan i fremtiden bruges til at kontrollere vigtige mekanismer i kroppen. I en nylig undersøgelse, forskere ved University of California, Berkeley og Umeå Universitet viser, hvordan en nanoballon bestående af et enkelt kulstofmolekyle ti tusinde gange tyndere end et menneskehår kan styres elektrostatisk til at skifte mellem en oppustet og en kollapset tilstand.

Oppustelige ballonaktuatorer bruges almindeligvis til makroskopiske applikationer til at løfte bygninger, som stødbeskyttelse i biler eller til at udvide indsnævrede eller blokerede arterier eller vener. På mikroskalaen bruges de som mikropumper, og i naturen skaber hoppende edderkopper væskefyldte puder i mikroformat til at drive deres ben i eksplosive hop.

Interessant nok, på nanoskala, ballonaktuatorer er stort set ukendte. Imidlertid, For et par år siden foreslog forskere ved Penn State University teoretisk en ladningsstyret nanoballonaktuator baseret på kollaps og reinflation af et kulstofnanorør.

Nu, dette er blevet realiseret eksperimentelt af Hamid Reza Barzegar og hans kolleger. I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver de viser, hvordan et kulstof nanorør, som kan visualiseres som et cylindrisk rør af kulstofatomer, kan styres til at transformere fra en kollapset til en oppustet tilstand og omvendt ved at påføre en lille spænding. Kulstofnanorørs fejlfrie natur indebærer, at en sådan aktuator ville være i stand til at arbejde uden slid eller træthed. Dette er også vist af forskerne, der kører aktuatoren over flere cyklusser uden tegn på tab i ydeevne.

"Værket er konceptuelt interessant og giver indsigt i kompleksiteten af, hvordan man kontrollerer bevægelse på nanoskala ved hjælp af eksterne stimuli," siger Hamid Reza Barzegar, doktor i fysik ved Umeå Universitet, arbejder nu på UC Berkeley i professor Alex Zettls forskningsgruppe. "Det giver også indsigt i fundamental fysik, såsom hvordan kapacitanseffekten og generelt de elektrostatiske kræfter kan bruges til at styre dynamikken i molekylære strukturer."

"I et længere perspektiv kan man også forestille sig, hvordan vores resultater kunne bruges til pneumatisk kontrol på molekylært niveau eller til at designe molekylære beholdere, der kan åbne eller lukke ved at kontrollere molekylernes overfladeladninger, ved for eksempel at indstille pH i opløsningen, hvori molekylerne er dispergeret. Dette kan for eksempel være nyttigt til medicinske applikationer, såsom levering af medicin til indre organer eller tumorer," siger Thomas Wågberg, lektor i fysik ved Umeå Universitet.

Opdagelsen af ​​molekylære maskiner blev tildelt dette års Nobelpris i kemi. Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart og Bernard L Feringa fik prisen for at have udviklet molekyler med kontrollerbare bevægelser, som kan udføre en opgave, når der tilføres energi.