De ontwikkeling van zelfrijdende micro- en nanomachines die de ingewikkelde innerlijke werking van het menselijk lichaam en/of de natuurlijke omgeving kunnen nabootsen, heeft sinds de millenniumwisseling tot de verbeelding gesproken van een steeds groter wordende onderzoeksgemeenschap. Het is de bedoeling dat deze apparaten een belangrijke rol zullen spelen in nanogeneeskunde en milieusanering.

Een van de grootste uitdagingen voor wetenschappers ligt in de zoektocht naar efficiënte manieren om deze machines van stroom te voorzien zonder gebruik te maken van externe bronnen. Onderzoeken van de afgelopen tien jaar hebben monsterbatches opgeleverd van motoren die in staat zijn om ladingen vervoeren en afleveren, of chemische of biochemische verontreinigende stoffen detecteren en neutraliseren, naast vele andere taken. Echter, het begrip van de precieze mechanismen die deze acties veroorzaken, is beperkt.

De vraag is hoe je de fysiochemische reacties en andere fenomenen kunt bestuderen die optreden in een object dat overal door een aquatisch medium zigzagt. De eerste micromotor die in 2004 werd ontwikkeld, werd een 'zwemmer' genoemd. Maar als je een zwemmer op zijn plaats houdt, dezelfde eigenschappen die het anders door de vloeistof zouden laten bewegen, zullen ervoor zorgen dat de vloeistof erdoorheen beweegt, om er een pomp van te maken. De waarnemingen van dergelijke "micropompen" kunnen vervolgens worden geëxtrapoleerd om micromotoren beter te begrijpen.

Vanaf dit startpunt onderzoekers van de ICN2 Force Probe Microscopy en Surface Nanoengineering Group onder leiding van Dr. Jordi Fraxedas hebben een reeks technieken ontwikkeld die een diepere analyse bieden van de belangrijkste parameters die dit gedrag beïnvloeden. Met de aanvullende steun van Prof. Dr. David Reguera van de Universiteit van Barcelona en Dr. Borja Sepúlveda Martínez van de ICN2 Magnetic Nanostructures Group, ze kijken naar hoe het complexe samenspel van oppervlaktechemie, chemische gradiënten, en elektrische en vloeibare velden worden omgezet in beweging, en hoe de opgedane kennis kan worden gebruikt om het gedrag van toekomstige micromotoren af ​​te stemmen. Beschreven in hun paper "Unravelling the Operational Mechanisms of Chemically Propelled Motors with Micropumps, " gepubliceerd in september in Rekeningen van chemisch onderzoek , ze rapporteren oppervlaktechemie, zeta-potentiaal en oppervlakteruwheid belangrijke factoren zijn bij het beheersen van de richting en kracht van beweging van verschillende soorten micromotoren.

Hoofdauteur Dr. María José Esplandiu legt uit hoe deze bevindingen niet alleen belangrijk zijn om het volledige potentieel van micro- en nanomotortechnologieën te benutten, maar ook om de natuur te begrijpen:"Zoals veel levende organismen, Van micromotoren is bekend dat ze collectief gedrag vertonen, wat betekent dat ze samenwerken in coördinatie, energie besparen en taken efficiënter uitvoeren." Ganzen vliegen in een V-formatie, zwermintelligentie bij mieren en bijen, en celreacties op infectie of verwonding reageren allemaal op dit principe, die actief zijn in zogenaamde actieve materiesystemen.

tot nu toe, deze systemen worden vanuit wetenschappelijk oogpunt slecht begrepen. Kunstmatige micromachines kunnen mogelijk enig licht werpen:"Door te karakteriseren en te isoleren welke parameters zich vertalen in welk mechanisch effect op het niveau van de individuele micromotor, we kunnen het gedrag van een batch micromotoren voorspellen en controleren en ze op het pad van een bepaald collectief gedrag zetten. Dit kan inzicht bieden in deze processen in levende organismen."

In hun krant het team hanteert een gecombineerde experimentele en theoretische benadering voor de analyse van twee soorten pompen:bimetaal, en metaal en halfgeleiders - die ondubbelzinnige gegevens presenteren over de operationele mechanismen van deze chemisch aangedreven motoren.