Onderzoekers van de Cockrell School of Engineering aan de Universiteit van Texas in Austin hebben de kleinste, snelste en langstlopende kleine synthetische motor tot nu toe. De nanomotor van het team is een belangrijke stap in de richting van de ontwikkeling van miniatuurmachines die op een dag door het lichaam kunnen gaan om insuline voor diabetici toe te dienen wanneer dat nodig is. of target en behandel kankercellen zonder goede cellen te beschadigen.

Met als doel deze nog uit te vinden apparaten van stroom te voorzien, Ingenieurs van UT Austin richtten zich op het bouwen van een betrouwbare, ultrasnelle nanomotor die elektrische energie kan omzetten in mechanische beweging op een schaal die 500 keer kleiner is dan een korrel zout.

Assistent-professor werktuigbouwkunde Donglei "Emma" Fan leidde een team van onderzoekers in het succesvolle ontwerp, montage en testen van een goed presterende nanomotor in een niet-biologische setting. De driedelige nanomotor van het team kan snel biochemicaliën mengen en pompen en door vloeistoffen bewegen. wat belangrijk is voor toekomstige toepassingen. De studie van het team werd gepubliceerd in het aprilnummer van Natuurcommunicatie .

Fan en haar team zijn de eersten die het uiterst moeilijke doel bereiken om een ​​nanomotor met grote aandrijfkracht te ontwerpen.

Met al zijn afmetingen onder de 1 micrometer groot, de nanomotor zou in een menselijke cel kunnen passen en kan 15 uur onafgebroken draaien met een snelheid van 18, 000 tpm, de snelheid van een motor in een straalvliegtuigmotor. Vergelijkbare nanomotoren lopen aanzienlijk langzamer, van 14 tpm tot 500 tpm, en slechts enkele seconden tot enkele minuten hebben gedraaid.

Ergens naar uitkijken, nanomotoren kunnen het gebied van nano-elektromechanische systemen (NEMS) vooruit helpen, een gebied dat gericht is op het ontwikkelen van miniatuurmachines die energiezuiniger en goedkoper te produceren zijn. In de nabije toekomst, de onderzoekers van de Cockrell School geloven dat hun nanomotoren een nieuwe benadering kunnen bieden voor gecontroleerde biochemische medicijnafgifte aan levende cellen.

Om het vermogen om medicijnen af ​​te geven te testen, de onderzoekers bedekten het oppervlak van de nanomotor met biochemicaliën en begonnen te draaien. Ze ontdekten dat hoe sneller de nanomotor draaide, hoe sneller het de medicijnen vrijgeeft.

"We waren in staat om de afgiftesnelheid van het molecuul vast te stellen en te beheersen door mechanische rotatie, wat betekent dat onze nanomotor de eerste in zijn soort is voor het regelen van de afgifte van medicijnen van het oppervlak van nanodeeltjes, " zei Fan. "Wij geloven dat het de studie van medicijnafgifte en cel-tot-celcommunicatie zal helpen bevorderen."

De onderzoekers hebben tot nu toe twee belangrijke problemen voor nanomotoren aangepakt:assemblage en controles. Het team bouwde en bediende de nanomotor met behulp van een techniek waarvoor patent is aangevraagd, die Fan heeft uitgevonden tijdens zijn studie aan de Johns Hopkins University. De techniek is gebaseerd op AC- en DC-elektrische velden om de onderdelen van de nanomotor één voor één te assembleren.

Bij experimenten, de onderzoekers gebruikten de techniek om de nanomotoren aan en uit te zetten en de rotatie met de klok mee of tegen de klok in voort te stuwen. De onderzoekers ontdekten dat ze de nanomotoren in een patroon konden plaatsen en ze op een gesynchroniseerde manier konden bewegen, waardoor ze krachtiger en flexibeler zijn.

Fan en haar team zijn van plan nieuwe mechanische controles en chemische detectie te ontwikkelen die kunnen worden geïntegreerd in nano-elektromechanische apparaten. Maar eerst willen ze hun nanomotoren testen in de buurt van een levende cel, waarmee Fan gecontroleerd kan meten hoe ze moleculen afleveren.