Nano- en micromotoren zijn ultrakleine apparaten die zijn ontworpen om geselecteerde mechanische bewegingen uit te voeren als reactie op specifieke stimuli. Deze bewegingen omvatten rotatie, rollen, pendelen, levering, samentrekking of collectief gedrag, afhankelijk van het ontwerp van de motor en zijn biologisch of chemisch gefunctionaliseerde componenten.

Deze apparaten worden voornamelijk gekenmerkt door het type energie dat ze gebruiken, omdat hun werkingsmechanisme sterk verband houdt met de energiebron. Het kan brandstof zijn (natuurlijk of synthetisch), of een fysieke bron (bijv. licht, magnetische velden, elektrische velden, of ultrasone akoestische golven). Nano- en micromotoren zijn vaak nabootsingen van natuurlijke biologische motoren.

Onderzoekers van de Nanobioelectronics and Biosensors Group van het Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) hebben onlangs een uitgebreide recensie gepubliceerd in Chemische beoordelingen getiteld "Nano/Micromotoren in (Bio)chemical Science Applications". De auteurs van dit werk, het samenvatten van de state-of-the-art kennis over het ontwerp van dergelijke apparaten voor biologische en chemische toepassingen, zijn Dr. Maria Guix, Dr. Carmen C. Mayorga-Martinez, en prof. Arben Merkoçi, ICREA onderzoekshoogleraar en groepsleider bij ICN2.

In het afgelopen decennium is onderzoekers hebben een toegenomen interesse getoond in nano- en micromotoren. Na voorbereidende werken die een proof of concept vormden, onderzoek op dit gebied vordert naar specifieke toepassingen voor gebieden zoals biogeneeskunde (bijv. diagnostiek), milieumonitoring en -sanering, voedselveiligheid, en veiligheid.

De recensie legt voorbeelden uit van natuurlijke biologische motoren, zoals die aanwezig zijn in het cytoskelet, de DNA- of RNA-verwerkende enzymen of de bacteriële roterende flagellaire motoren, die verschillende gemanipuleerde nano- en micromotoren hebben geïnspireerd. Daarna, de auteurs belichten de nieuwste prestaties op het gebied van synthetische motoren, waaronder katalytische nanomotoren op basis van verschillende chemische of biochemische brandstoffen, en bespreek de respectieve beperkingen van deze apparaten. Hun beweging is afhankelijk van een externe bron (licht, magnetische of elektrische velden, of ultrasone golven). Eindelijk, de review geeft een overzicht van hybride motoren, die natuurlijke biologische onderdelen integreren met synthetische componenten in een reeks materialen en functionaliteiten.

Het artikel concludeert dat nano- en micromotoren een buitengewoon potentieel bieden voor toekomstige biochemische en biomedische toepassingen. Er zijn verschillende energiebronnen onderzocht om de levensduur van deze apparaten te verlengen en ze compatibel te maken met in vivo toepassingen. Het uiteindelijke doel is het op afstand bedienen van nano- en micromotoren in het menselijk lichaam als volledig bestuurbare nanorobots, maar op dit moment behoort het nog steeds tot de sciencefictionliteratuur. De komende jaren van onderzoek zullen cruciaal zijn om te bepalen of deze gedroomde apparaten werkelijkheid zullen worden.