(Phys.org) — Motoren op nanoschaal, net als hun tegenhangers op macroschaal, kan worden gebouwd om op een verscheidenheid aan chemische brandstoffen te werken, zoals waterstofperoxide en andere. Maar in tegenstelling tot motoren op macroschaal, sommige nanomotoren kunnen ook zonder brandstof draaien, in plaats daarvan wordt aangedreven door magnetische of akoestische velden. In een nieuwe krant onderzoekers hebben voor het eerst een nanomotor gedemonstreerd die op zowel magnetische als akoestische velden kan draaien, waardoor het de eerste magneto-akoestische hybride brandstofvrije nanomotor is.

De onderzoekers, onder leiding van professor Joseph Wang aan de Universiteit van Californië, San Diego, hebben een artikel gepubliceerd over de nieuwe klasse van nanomotoren in een recent nummer van Nano-letters . Aangezien magnetische en akoestische velden biocompatibel zijn en veel worden gebruikt in de geneeskunde, de brandstofvrije nanomotoren kunnen vooral nuttig zijn voor biomedische toepassingen.

De nanomotor kan op beide typen velden reageren dankzij het uit twee segmenten bestaande ontwerp:het gouden nanostaafsegment reageert op ultrageluid, en het nanohelische magnetische segment reageert op magnetische velden. Het gehele apparaat is ongeveer 3000 nm (3 µm) lang.

Zoals de onderzoekers uitleggen, het gebruik van verschillende velden om een ​​enkel apparaat van stroom te voorzien, biedt de mogelijkheid voor een snelle herconfiguratie van de werking van het apparaat. Bijvoorbeeld, schakelen tussen de twee verschillende velden verandert snel de bewegingsrichting omdat de velden op tegenovergestelde uiteinden van het apparaat werken. In aanvulling, het afstemmen van de amplitude van de ultrasone golven of de frequentie van het magnetische veld maakt een snelle snelheidsregeling mogelijk, terwijl het aanleggen van een roterend magnetisch veld een koppel induceert dat resulteert in een beweging van de kurkentrekker.

Het gebruik van velden in plaats van brandstof voor stroom geeft de nanomotor ook het voordeel dat hij kan werken in zeer ionische omgevingen, zoals zeewater en bloed. Deze media interfereren typisch met de voortstuwingsmechanismen van chemisch aangedreven nanomotoren, die vaak afhankelijk zijn van de door het elektrisch veld geïnduceerde beweging van elektroforese.

Wanneer verschillende van de nieuwe nanomotoren dicht bij elkaar worden geplaatst, de onderzoekers ontdekten dat ze zwermgedrag vertonen dat lijkt op het collectieve gedrag dat wordt gezien in sommige biologische systemen, zoals scholen vissen. De onderzoekers observeerden drie verschillende toestanden van schakelbaar collectief gedrag, afhankelijk van het toegepaste veld:stabiele aggregatie met alleen ultrageluid, directionele zwermbeweging met alleen magnetische velden, en een wervelende zwermvortex met beide velden.

In de toekomst, het brede scala aan operaties dat wordt geboden door de magnetische en akoestische activeringen zou kunnen leiden tot een nog intrigerende mogelijkheid:slimme nanovoertuigen die zichzelf autonoom herconfigureren in reactie op veranderingen in de omgeving of hun eigen prestaties om een ​​vooraf bepaalde missie te bereiken. Dit vermogen zou vooral nuttig kunnen zijn voor biomedische toepassingen, zoals beeldvorming, medicijnafgifte, en diagnose. Andere toepassingen kunnen manipulatie en assemblage op nanoschaal zijn op het bredere gebied van kunstmatige nanomachines.

© 2015 Fys.org