In een doorbraak voor nanotechnologie, ingenieurs van de Universiteit van Texas in Austin hebben de eerste methode ontwikkeld voor het selecteren en schakelen van de mechanische beweging van nanomotoren tussen meerdere modi met eenvoudig zichtbaar licht als stimulus.

Het vermogen van mechanische herconfiguratie zou kunnen leiden tot een nieuwe klasse van bestuurbare nano-elektromechanische en nanorobotische apparaten voor een verscheidenheid aan gebieden, waaronder medicijnafgifte, optische detectie, communicatie, vrijlating van moleculen, detectie, nanodeeltjesscheiding en microfluïdische automatisering.

de bevinding, gemaakt door Donglei (Emma) Fan, universitair hoofddocent aan de afdeling Werktuigbouwkunde van de Cockrell School of Engineering, en Ph.D. kandidaat Zexi Liang, laat zien hoe, afhankelijk van de intensiteit, licht kan onmiddellijk toenemen, stop en draai zelfs de rotatierichting van silicium nanomotoren in een elektrisch veld om. Dit effect en de onderliggende fysieke principes zijn voor het eerst onthuld. Het schakelt de mechanische beweging van roterende nanomotoren onmiddellijk en effectief tussen verschillende modi.

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het nummer van 14 september van wetenschappelijke vooruitgang .

Nanomotoren, dat zijn apparaten op nanoschaal die energie kunnen omzetten in beweging op cellulair en moleculair niveau, hebben het potentieel om in alles te worden gebruikt, van medicijnafgifte tot scheiding van nanodeeltjes.

Met behulp van licht van een laser of lichtprojector met sterktes variërend van zichtbaar tot infrarood, De nieuwe techniek van de UT-onderzoekers voor het herconfigureren van de beweging van nanomotoren is efficiënt en eenvoudig in zijn functie. Nanomotoren met instelbare snelheid zijn al onderzocht als medicijnafgiftevaten, maar het gebruik van licht om de mechanische bewegingen aan te passen heeft veel bredere implicaties voor nanomotoren en nanotechnologieonderzoek in het algemeen.

"De mogelijkheid om het gedrag van nanodevices op deze manier te veranderen - van passief naar actief - opent de deur naar het ontwerp van autonome en intelligente machines op nanoschaal, ' zei Fan.

Fan beschrijft het werkingsprincipe van herconfigureerbare elektrische nanomotoren als een mechanische analogie van elektrische transistors, de basisbouwstenen van microchips in mobiele telefoons, computers, laptops en andere elektronische apparaten die on demand overschakelen op prikkels van buitenaf.

"We hebben onze hypothese met succes getest op basis van het nieuw ontdekte effect door middel van een praktische toepassing, " voegde Fan eraan toe.

"We waren in staat om halfgeleider- en metalen nanomaterialen te onderscheiden door simpelweg hun verschillende mechanische bewegingen in reactie op licht te observeren met een conventionele optische microscoop. Dit onderscheid werd gemaakt op een contactloze en niet-destructieve manier in vergelijking met de heersende destructieve contactgebaseerde elektrische metingen."

De ontdekking van licht dat fungeert als een schakelaar voor het aanpassen van het mechanische gedrag van nanomotoren was gebaseerd op onderzoek naar de interacties van licht, een elektrisch veld en halfgeleider nanodeeltjes in een op water gebaseerde oplossing.

Dit is de laatste doorbraak van Fan en haar team op dit gebied. In 2014, zij ontwikkelden de kleinste, snelste en langstlopende roterende nanomotoren ooit ontworpen.