Onderzoekers hebben 's werelds kleinste motor ontwikkeld - slechts een paar miljardsten van een meter groot - die licht gebruikt om zichzelf aan te drijven. De motor op nanoschaal, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Cambridge, zou de basis kunnen vormen van toekomstige nanomachines die in water kunnen navigeren, de omgeving om hen heen voelen, of zelfs levende cellen binnendringen om ziekten te bestrijden.

Het prototype apparaat is gemaakt van minuscule geladen deeltjes goud, samengebonden met temperatuurgevoelige polymeren in de vorm van een gel. Wanneer de 'nanomotor' met een laser tot een bepaalde temperatuur wordt verwarmd, het slaat grote hoeveelheden elastische energie op in een fractie van een seconde, terwijl de polymeercoatings al het water uit de gel verdrijven en instorten. Dit heeft het effect dat de gouden nanodeeltjes worden gedwongen om samen te binden tot strakke clusters. Maar als het apparaat is afgekoeld, de polymeren nemen water op en zetten uit, en de gouden nanodeeltjes worden sterk en snel uit elkaar geduwd, als een veer. De resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift PNAS .

"Het is als een explosie, " zei Dr Tao Ding van Cambridge's Cavendish Laboratory, en de eerste auteur van het papier. "We hebben honderden gouden ballen die in een miljoenste van een seconde uit elkaar vliegen wanneer watermoleculen de polymeren om hen heen opblazen."

"We weten dat licht water kan opwarmen om stoommachines aan te drijven, " zei co-auteur van de studie Dr. Ventsislav Valev, nu gevestigd aan de Universiteit van Bath. "Maar nu kunnen we licht gebruiken om een ​​zuigermotor op nanoschaal aan te drijven."

Nanomachines zijn al lang een droom van zowel wetenschappers als het publiek, maar aangezien manieren om ze daadwerkelijk te laten bewegen nog moeten worden ontwikkeld, ze zijn gebleven in het rijk van science fiction. De nieuwe methode ontwikkeld door de Cambridge-onderzoekers is ongelooflijk eenvoudig, maar kan extreem snel zijn en grote krachten uitoefenen.

De krachten die door deze kleine apparaten worden uitgeoefend, zijn enkele orden van grootte groter dan die van enig ander eerder geproduceerd apparaat, met een kracht per gewichtseenheid die bijna honderd keer beter is dan welke motor of spier dan ook. Volgens de onderzoekers is de apparaten zijn ook bio-compatibel, kosteneffectief te vervaardigen, snel reageren, en energiezuinig.

Professor Jeremy Baumberg van het Cavendish Laboratory, die het onderzoek leidde, heeft de apparaten 'ANT's' genoemd, of het aansturen van nano-transducers. "Als echte mieren, ze produceren grote krachten voor hun gewicht. De uitdaging waar we nu voor staan, is hoe we die kracht kunnen beheersen voor toepassingen met nanomachines."

Het onderzoek suggereert hoe Van de Waals-energie - de aantrekkingskracht tussen atomen en moleculen - kan worden omgezet in elastische energie van polymeren en deze zeer snel kan worden vrijgegeven. "Het hele proces is als een nanoveer, "zei Baumberg. "Het slimme hier is dat we gebruik maken van Van de Waals-aantrekking van zware metaaldeeltjes om de veren (polymeren) en watermoleculen te zetten om ze vrij te geven, dat is zeer omkeerbaar en reproduceerbaar."

Het team werkt momenteel samen met Cambridge Enterprise, de commercialiseringstak van de universiteit, en verschillende andere bedrijven met als doel deze technologie te commercialiseren voor microfluïdische bio-toepassingen.