Onderzoekers van het Instituut voor Industriële Wetenschappen, de Universiteit van Tokyo (UTokyo-IIS) hebben nieuwe lineaire nanomotoren ontworpen die met licht in gecontroleerde richtingen kunnen worden bewogen. Dit werk opent de weg voor nieuwe microfluïdica, inclusief lab-on-a-chip-systemen met optisch bediende pompen en kleppen.

De wereld van machines op nanoschaal ziet er heel anders uit dan die met de constructies waaraan we gewend zijn geraakt. Bijvoorbeeld, het aandrijven en nauwkeurig besturen van een motor kleiner dan een enkele bacterie kan veel moeilijker zijn dan, zeggen, een auto rijden.

Nutsvoorzieningen, een team van wetenschappers onder leiding van UTokyo-IIS heeft een systeem geïntroduceerd van lineaire motoren gemaakt van gouden nanostaafjes die in een gecontroleerde richting kunnen bewegen wanneer ze worden blootgesteld aan laserlicht. Als een zeilboot die zich in elke gewenste richting kan bewegen door de tuigage aan te passen, deze nanomotoren zijn niet verplicht om de richting van het licht te volgen. Liever, ze bewegen op basis van hun oriëntatie, zelfs wanneer ze worden blootgesteld aan een laserstraal die vanuit een andere hoek komt.

De beweging wordt aangedreven door de zijdelingse optische kracht die wordt gecreëerd door de zijwaartse verstrooiing van licht van de deeltjes. Als resultaat, de noodzaak om de laserstraal te focussen of vorm te geven met lenzen, wat ooit een moeilijke taak was, wordt geëlimineerd. In aanvulling, motorafmetingen worden niet beperkt door de golflengte van licht, in tegenstelling tot eerdere apparaten.

"In plaats van beperkt te zijn tot bewegen in de richting van laserlicht of de veldgradiënt, de richting wordt bepaald door de oriëntatie van de nanodeeltjes zelf, " zegt eerste auteur Yoshito Tanaka. De sleutel tot deze technologie is de gelokaliseerde oppervlakte-plasmonresonantie - collectieve oscillaties van vrije elektronen - binnen periodieke arrays van nanostaafjes. Deze kunnen verstrooid licht in een bepaalde richting produceren. "Zorgvuldig ontwerp van de scheiding tussen nanostaafjes leidt tot constructieve interferentie in de ene richting en destructieve interferentie in de andere. Dit stelt ons in staat om gerichte verstrooiing te produceren om de nanomotor voort te stuwen, " zegt senior auteur Tsutomu Shimura.

De onderzoekers willen deze technologie gebruiken om een ​​nieuw platform te creëren voor machines van nanoformaat met bewegende delen die vooraf bepaalde paden volgen terwijl ze worden voortgestuwd door ongericht licht. Dit zal de kosten en complexiteit van deze apparaten aanzienlijk verminderen en tegelijkertijd de precisie en betrouwbaarheid verbeteren.

Het werk is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang als "Plasmonische lineaire nanomotor die zijdelingse optische krachten gebruikt."