Одним з наріжних каменів в розробці перспективних наноустройств для їх подальшого використання в медицині, техніці, біотехнологіях до останнього моменту залишалося створення нанодвігателей, а точніше, енергоефективного джерела живлення для нанодвігателей. Про деякі відчутних успіхи в створенні таких нанодвігателей доповіли науковому співтовариству вчені Кембриджського університету.
Свої двигуни фахівці назвали ANT (actuating nano transduser), і для управління ними зовсім не знадобиться присутність мініатюрного пілота, як це мало місце в чому пророчою науково-фантастичної кінострічки Фантастична подорож, випущеної в прокат в далекому 1966 році. Створені в лабораторії Кембриджа нанодвігателі будуть керованими дистанційно і, подібно мікроскопічним мурашкам, виявляться здатні виробляти енергію і переносити на потрібну відстань корисний вантаж, що перевершує за величиною вага їх власного «тіла».
Як це працює
Принцип роботи нанодвігателя ANT багато в чому схожий з принципом дії пружинного механізму. Основа двигуна - деякий безліч золотих наночастинок, з'єднаних між собою в певну конфігурацію гелеподібним речовиною на основі полімеру, який чутливо реагує на зміну температури. За допомогою направленого лазерного випромінювання наночастинки нагріваються, що призводить до підвищення температури всієї структури і, як наслідок, видалення молекул води з полімеру. Процес протікає дуже швидко і супроводжується стисненням «тіла» нанодвігателя подібно механічної пружині. Таким чином, поглинена енергія світла акумулюється у вигляді пружної механічної енергії стислій «нанопружіни».
Відключення джерела світла (в нашому випадку лазера) призводить до настільки ж стрімкого охолодженню тіла ANT нанодвігателя і поглинання води з навколишнього середовища. Внаслідок цього відбувається зворотний процес - гелеобразний полімер практично миттєво збільшується в об'ємі, вивільняючи накопичену енергію світлових квантів. Золоті наночастинки, діючи як каталізатор, дозволяють збільшити інтенсивність процесу і абсолютне значення створюваної рухової сили. Знову ж, критично важливо, що процес розширення нанодвігателя (як і його стиснення) відбувається за частки секунди і подібний до мікровзривов.
Найбезпосередніший вплив на ефективність роботи наномеханізми надають ван-дер-Вальсова сили, що діють на рівні молекул речовини. Практично не відчутні на макрорівні в повсякденному житті, на рівні нанорозмірів їх вплив виявляється вельми і вельми вагомо. Саме завдяки силам Ван-дер-Ваальса ящірки гекони знаходять дивну здатність стрімко переміщатися по стінах і стелі з полірованого скла, контактуючи з поверхнею сотнями тисяч мініатюрних волосинок, що покривають їх кінцівки.
Створені ученими нанодвігателі ANT накопичують енергію світлового потоку, трансформуючи велику її частину в енергію тяжіння наночастинок з важкого металу і молекул гелеобразного полімеру. І тут дуже важливо, що енергія, що утворюється в момент розриву утворилися зв'язків виявляється в рази вище, ніж та, яка була б накопичена внаслідок разового стиснення матеріалу, який не володіє здатністю до безперервного накопичення енергії протягом певного часового проміжку. Саме за рахунок цієї різниці і відбувається корисна робота, необхідна для виконання поставленого завдання.
Існуючі обмеження розробки
На жаль, знайшовши спосіб ефективно акумулювати і вивільняти енергію на рівні наномеханізми вчені поки що не знайшли способу фокусувати енергетичний потік в якомусь одному потрібному напрямку, що необхідно для цілеспрямованого руху. На сьогодні це поки останню перешкоду, яка відділяє наукове співтовариство від створення керованих нанодвігателей, здатних надавати руху крихітних нанороботів, а за великим рахунком - від використання останніх в якості транспортних засобів для доставки лікарських препаратів, дистанційно керованих інструментів при проведенні мікрохірургічних операцій та ін.
Разом з тим, отримані результати дозволяють вченим Кембриджського університету, використовуючи ANT - нанодвігателі вже сьогодні приступити до розробки керованих насосів і клапанів, задіяних в Мікропотоковая рідинних чіпах, які будуть використовуватися в лабораторіях-на-чіпі, біодатчіков і в перспективному діагностичному обладнанні нового покоління.
На цьому все, з вами був простий сервіс для вибору складної техніки Dronk.Ru. Не забувайте підписуватися на наш блог, буде ще багато цікавого ...