Los nanomotores prometedores podrán acumular y usar la energía de la luz para moverse
Una de las piedras angulares en el desarrollo de nanodispositivos prometedores para su uso posterior en medicina, tecnología, biotecnología hasta el último momento fue la creación de nanomotores, o mejor dicho, una fuente de energía eficiente para los nanomotores. Los científicos de la Universidad de Cambridge informaron sobre algunos éxitos tangibles en la creación de tales nanomotores .Los especialistas llamaron a sus motores ANT (nano transduser de actuación), y para controlarlos no necesitan la presencia de un piloto en miniatura, como fue el caso en muchos aspectos en la película de ciencia ficción profética Fantastic Journeylanzado para alquiler en 1966. Los nanomotores creados en el laboratorio de Cambridge se controlarán de forma remota y, como las hormigas microscópicas, podrán generar energía y llevar una carga útil a la distancia deseada, superando el tamaño de su propio "cuerpo".Como funcionaEl principio de funcionamiento del nanomotor ANT es muy similar al principio del mecanismo de resorte. El motor se basa en una serie de nanopartículas de oro interconectadas en una configuración específica por una sustancia similar a un gel basada en un polímero que es sensible a los cambios de temperatura. Al dirigir la radiación láser, las nanopartículas se calientan, lo que conduce a un aumento de la temperatura de toda la estructura y, como resultado, a la eliminación de las moléculas de agua del polímero. El proceso avanza muy rápidamente y se acompaña de la compresión del "cuerpo" del nanomotor como un resorte mecánico. Por lo tanto, la energía luminosa absorbida se acumula en forma de energía mecánica elástica de un "nanospring" comprimido.Apagar la fuente de luz (en nuestro caso, el láser) conduce a un enfriamiento igualmente rápido del cuerpo ANT del nanomotor y a la absorción de agua del medio ambiente. Como resultado de esto, ocurre el proceso inverso: el polímero similar a un gel aumenta de volumen casi instantáneamente, liberando la energía almacenada de los cuantos de luz. Las nanopartículas de oro, que actúan como catalizador, pueden aumentar la intensidad del proceso y el valor absoluto de la fuerza motriz creada. Nuevamente, es críticamente importante que el proceso de expansión de un nanomotor (así como su compresión) tenga lugar en una fracción de segundo y sea similar a la microexplosión.
El impacto más directo sobre la eficiencia del nanomecanismo lo ejercen las fuerzas de van der Waals que actúan al nivel de las moléculas de materia. Prácticamente no se nota a nivel macro en la vida cotidiana, a nivel nanoescala, su influencia es muy, muy significativa. Gracias a las fuerzas de Van der Waals, los lagartos gecko adquieren una increíble capacidad para moverse rápidamente a lo largo de las paredes y el techo de vidrio pulido, en contacto con la superficie de cientos de miles de pelos en miniatura que cubren sus extremidades.
Los nanomotores ANT creados por científicos acumulan la energía del flujo de luz, transformando la mayor parte en la energía de atracción de nanopartículas de metales pesados y moléculas de un polímero similar a un gel. Y aquí es muy importante que la energía generada en el momento de la ruptura de los enlaces formados sea varias veces mayor que la que se acumularía como resultado de una sola compresión de un material que no tiene la capacidad de acumular energía continuamente durante un cierto período de tiempo. Es debido a esta diferencia que se realiza el trabajo útil necesario para completar la tarea.Limitaciones de desarrollo existentesDesafortunadamente, al encontrar una manera de acumular y liberar energía de manera eficiente a nivel de nanomecanismo, los científicos aún no han encontrado una manera de enfocar el flujo de energía en la dirección deseada, lo cual es necesario para el movimiento dirigido. Hoy, este es el último obstáculo que separa a la comunidad científica de la creación de nanomotores controlados capaces de conducir pequeños nanorobots y, en general, del uso de estos últimos como vehículos para el suministro de drogas, instrumentos controlados a distancia durante operaciones microquirúrgicas, etc.Al mismo tiempo, los resultados obtenidos permiten a los científicos de la Universidad de Cambridge, utilizando ANT - nanomotores, comenzar el desarrollo de bombas y válvulas controladas involucradas en chips de microflujo líquido, que se utilizarán en laboratorios en un chip, biosensores y equipos de diagnóstico avanzado de una nueva generación.Fuente
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