Hvordan bevæger man sig mod strømmen? Et svar er tilt-illating

Går opstrøms, og mod en strøm, involverer en front-først nedadgående vipning og derefter bevægelse langs en overflade, viser ny forskning fra et hold af videnskabsmænd, som skabte "nano-motorer" for at afdække dette effektive bevægelsesmiddel under sådanne forhold. Dens resultater og skabelsen af ​​disse bittesmå motorer giver ny indsigt i naturen af ​​bevægelse i væsker og har implikationer for teknik.

"Disse nanomotorer hjalp os ikke kun med bedre at forstå naturen af ​​at bevæge os mod strømme i de små skalaer, vi ikke nemt kan se, men kan også være det første skridt i udviklingen af ​​smarte materiale- og robotsystemer i den mikroskopiske verden, " siger Jun Zhang, en professor i fysik og matematik ved New York University og en medforfatter af papiret, som står i journalen Fysiske anmeldelsesbreve .

"Mens denne effekt af bevægelse længe har været kendt, vores arbejde giver en omfattende forklaring på det, hvilket øger vores forståelse af denne udbredte dynamik, " tilføjer medforfatter Michael Shelley, en professor ved NYU's Courant Institute of Mathematical Sciences.

Forskerne, som også inkluderede Quentin Brosseau, en postdoc ved NYU's Courant Institute og avisens første forfatter, fokuseret på et tidligere opdaget fænomen, rheotaxis - bevægelse, der involverer en retningsændring for at gå opstrøms eller ind i en strøm.

Imidlertid, detaljerede forklaringer på reotaksi havde manglet. For fuldt ud at forstå denne proces, forskerne skabte nanomotorer bestående af to metaller - platin og guld (Pt/Au). Shelley, Zhang, også professor ved NYU Shanghai, og deres kolleger havde tidligere skabt en mere grundlæggende version af disse nanomotorer, som er mindre end bredden af ​​et menneskehår.

Fremstillet i Molecular Design Institute i NYU's Department of Chemistry, motorerne beskrevet i Fysiske anmeldelsesbreve papir var mere avanceret; forskerne varierede proportionerne af disse metaller for at variere deres bevægelse - i nogle modeller, sammensætningen var jævnt fordelt, mens andre havde et 3:1 guld-til-platin-forhold eller en 3:1 platin-til-guld make-up.

Kemisk brændt af en hydrogenperoxidfortynding, når den placeres i vand, nanomotorerne kunne svømme - med platinenden altid fungerende som hovedet. Imidlertid, disse motorer havde forskellige "hældninger, ", som afveg afhængigt af deres sammensætning. De, der primært var sammensat af guld, blev mærket "trækkere", mens dem, der stort set bestod af platin, blev kaldt "skubbere." Aftrækkerne havde en tendens til at bevæge sig med halen opad (en udtalt hældning), mens skubberne forblev relativt fladt.

Denne forskel var væsentlig, når det kom til at bevæge sig mod strømme.

Når hældningen er stor (aftrækker), halen er mere udsat for en modgående strøm, som fanger halen og drejer motoren rundt - på samme måde som vinden drejer en vejrhane. Følgelig, motorens front vender mod strømmen, hvorefter motoren fortsætter fremad, bevæger sig nu mod strømmen. Derimod hvis motoren ikke er vippet (skubbere), en strøm kan ikke fange dens hale og dreje den rundt for at bevæge sig imod denne strøm - og, som resultat, det er usandsynligt, at det reagerer på en modgående strøm.

"Dette syntetiske system efterligner naturlige mikroorganismer, såsom E. coli i flow, og tilbyder et middel til at forudsige deres veje gennem den menneskelige krop, " observerer Brosseau. "Det er nøglen til at forstå forureningsprocesser og udvikle smart materiale til målrettet medicinafgivelse."