Stroomopwaarts gaan, en tegen de stroom in, omvat een front-first neerwaartse kanteling en dan bewegen langs een oppervlak, toont nieuw onderzoek door een team van wetenschappers, die "nanomotoren" creëerden om deze effectieve manier van voortbewegen onder dergelijke omstandigheden bloot te leggen. De bevindingen en de creatie van deze kleine motoren bieden nieuwe inzichten in de aard van beweging in vloeistoffen en hebben implicaties voor engineering.

"Deze nanomotoren hebben ons niet alleen geholpen om de aard van het bewegen tegen stromen op de kleine schalen die we niet gemakkelijk kunnen zien, beter te begrijpen, maar kan ook de eerste stap zijn in de ontwikkeling van slimme materialen en robotsystemen in de microscopische wereld, " zegt Jun Zhang, een professor in natuurkunde en wiskunde aan de New York University en een co-auteur van het artikel, die in het journaal verschijnt Fysieke beoordelingsbrieven .

"Hoewel dit effect van beweging al lang bekend is, ons werk biedt er een uitgebreide uitleg voor, die ons begrip van deze wijdverbreide dynamiek vergroot, " voegt co-auteur Michael Shelley toe, een professor aan het Courant Institute of Mathematical Sciences van de NYU.

De onderzoekers, waaronder ook Quentin Brosseau, een postdoctoraal onderzoeker aan het Courant Institute van de NYU en de eerste auteur van het artikel, gericht op een eerder ontdekt fenomeen, reotaxis - beweging die een verandering van richting met zich meebrengt om stroomopwaarts of in een stroming te gaan.

Echter, gedetailleerde verklaringen voor reotaxis ontbraken. Om dit proces volledig te begrijpen, de wetenschappers creëerden nanomotoren bestaande uit twee metalen:platina en goud (Pt/Au). Shelley, Zhang, ook een professor aan NYU Shanghai, en hun collega's hadden eerder een meer basale versie van deze nanomotoren gemaakt, die kleiner zijn dan de breedte van een mensenhaar.

Gefabriceerd in het Molecular Design Institute in de afdeling Chemie van de NYU, de motoren beschreven in de Fysieke beoordelingsbrieven papier waren geavanceerder; de onderzoekers varieerden de verhoudingen van deze metalen om hun beweging te variëren - in sommige modellen, de compositie was gelijkmatig verdeeld, terwijl andere een 3:1 goud-tot-platina verhouding of een 3:1 platina-tot-goud make-up hadden.

Chemisch gevoed door een waterstofperoxide verdunning wanneer geplaatst in water, de nanomotoren konden zwemmen - waarbij het platina-uiteinde altijd als hoofd diende. Echter, deze motoren hadden verschillende "kantelingen, " die verschilden afhankelijk van hun samenstelling. De trekkers die voornamelijk uit goud bestonden, werden aangeduid als "trekkers", terwijl die die grotendeels uit platina bestonden "duwers" werden genoemd. bleef relatief vlak.

Dit verschil was significant als het ging om tegen de stroming in te bewegen.

Wanneer de kanteling groot is (trekkers), de staart is meer blootgesteld aan een naderende stroming, die de staart vangt en de motor ronddraait - vergelijkbaar met de manier waarop wind een windwijzer laat draaien. Bijgevolg, de voorkant van de motor is gericht op de stroom, waarna de motor vooruit gaat, nu tegen de stroom in. Daarentegen, als de motor niet gekanteld is (duwers), een stroom kan zijn staart niet vangen en ronddraaien om tegen deze stroom in te bewegen - en, als resultaat, het is onwaarschijnlijk dat het reageert op een tegemoetkomende stroom.

"Dit synthetische systeem bootst natuurlijke micro-organismen na, zoals E. coli in stroom, en biedt een middel om hun paden door het menselijk lichaam te voorspellen, " merkt Brosseau op. "Het is essentieel om besmettingsprocessen te begrijpen en slim materiaal te ontwikkelen voor gerichte medicijnafgifte."