Ingeniører udvikler den første metode til styring af nanomotorer

Som et gennembrud for nanoteknologi, ingeniører ved University of Texas i Austin har udviklet den første metode til at vælge og skifte den mekaniske bevægelse af nanomotorer mellem flere tilstande med simpelt synligt lys som stimulus.

Muligheden for mekanisk rekonfiguration kan føre til en ny klasse af kontrollerbare nanoelektromekaniske og nanorobotiske enheder til en række forskellige områder, herunder lægemiddellevering, optisk sansning, meddelelse, molekyle frigivelse, opdagelse, nanopartikelseparation og mikrofluidisk automatisering.

Fundet, lavet af Donglei (Emma) Fan, lektor ved Cockrell School of Engineering's Department of Mechanical Engineering, og ph.d. kandidat Zexi Liang, viser hvordan, afhængig af intensiteten, lyset kan øjeblikkeligt øges, stoppe og endda vende rotationsorienteringen af ​​siliciumnanomotorer i et elektrisk felt. Denne effekt og de underliggende fysiske principper er blevet afsløret for første gang. Det skifter øjeblikkeligt og effektivt mekanisk bevægelse af roterende nanomotorer mellem forskellige tilstande.

Forskerne offentliggjorde deres resultater i 14. september-udgaven af Videnskabens fremskridt .

nanomotorer, som er enheder i nanoskala, der er i stand til at omdanne energi til bevægelse på celle- og molekylært niveau, har potentiale til at blive brugt i alt fra lægemiddellevering til adskillelse af nanopartikler.

Brug af lys fra en laser- eller lysprojektor med styrker, der varierer fra synligt til infrarødt, UT-forskernes nye teknik til at rekonfigurere nanomotorers bevægelse er effektiv og enkel i sin funktion. Nanomotorer med justerbar hastighed er allerede blevet forsket som lægemiddelleveringskar, men at bruge lys til at justere de mekaniske bevægelser har langt bredere implikationer for nanomotorer og nanoteknologisk forskning mere generelt.

"Evnen til at ændre adfærden af ​​nanoenheder på denne måde - fra passiv til aktiv - åbner døren til design af autonome og intelligente maskiner på nanoskala, " sagde Fan.

Fan beskriver arbejdsprincippet for rekonfigurerbare elektriske nanomotorer som en mekanisk analogi af elektriske transistorer, de grundlæggende byggesten af ​​mikrochips i mobiltelefoner, computere, bærbare computere og andre elektroniske enheder, der skifter efter behov til eksterne stimuli.

"Vi testede med succes vores hypotese baseret på den nyopdagede effekt gennem en praktisk anvendelse, " tilføjede fan.

"Vi var i stand til at skelne mellem halvleder- og metalnanomaterialer blot ved at observere deres forskellige mekaniske bevægelser som reaktion på lys med et konventionelt optisk mikroskop. Denne sondring blev foretaget på en kontaktfri og ikke-destruktiv måde sammenlignet med de fremherskende destruktive kontaktbaserede elektriske målinger."

Opdagelsen af ​​lys, der fungerer som en kontakt til justering af nanomotorers mekaniske adfærd, var baseret på undersøgelser af lysets interaktioner, et elektrisk felt og halvledernanopartikler på spil i en vandbaseret opløsning.

Dette er Fan og hendes holds seneste gennembrud på dette område. I 2014 de udviklede den mindste, hurtigste og længst kørende roterende nanomotorer nogensinde designet.