Nanomotores promissores serão capazes de acumular e usar a energia da luz para se mover

Uma das pedras angulares no desenvolvimento de nanodispositivos promissores para uso posterior em medicina, tecnologia e biotecnologia até o último momento foi a criação de nanomotores, ou melhor, uma fonte de energia com eficiência energética para os nanomotores. Cientistas da Universidade de Cambridge relataram alguns sucessos tangíveis na criação desses nanomotores .

Os especialistas chamaram seus motores de ANT (atuando com nano transdutor) e, para controlá-los, eles não precisam da presença de um piloto em miniatura, como foi o caso em muitos aspectos no filme de ficção científica profético Fantastic Journeylançado para locação em 1966. Os nanomotores criados no laboratório de Cambridge serão controlados remotamente e, como formigas microscópicas, serão capazes de gerar energia e transportar uma carga útil até a distância desejada, excedendo o tamanho de seu próprio "corpo".

Como isso funciona

O princípio de operação do nanomotor ANT é amplamente semelhante ao princípio do mecanismo de mola. O mecanismo é baseado em várias nanopartículas de ouro interconectadas em uma configuração específica por uma substância semelhante a gel à base de um polímero sensível às mudanças de temperatura. Ao direcionar a radiação laser, as nanopartículas são aquecidas, o que leva a um aumento na temperatura de toda a estrutura e, como resultado, à remoção de moléculas de água do polímero. O processo prossegue muito rapidamente e é acompanhado pela compressão do "corpo" do nanomotor como uma mola mecânica. Assim, a energia luminosa absorvida é acumulada na forma de energia mecânica elástica de uma "nano mola" comprimida.

Desligar a fonte de luz (no nosso caso, o laser) leva a um resfriamento igualmente rápido do corpo ANT do nanomotor e à absorção de água do ambiente. Como resultado disso, ocorre o processo inverso - o polímero tipo gel quase instantaneamente aumenta de volume, liberando a energia armazenada dos quanta leves. Nanopartículas de ouro, atuando como catalisador, podem aumentar a intensidade do processo e o valor absoluto da força motriz criada. Novamente, é extremamente importante que o processo de expansão de um nanomotor (assim como sua compressão) ocorra em uma fração de segundo e seja semelhante à microexplosão.



O impacto mais direto na eficiência do nanomecanismo é exercido pelas forças de van der Waals que atuam no nível das moléculas de matéria. Praticamente não perceptível no nível macro na vida cotidiana, no nível da nanoescala, sua influência é muito, muito significativa. É graças às forças de Van der Waals que os lagartos da lagartixa adquirem uma incrível capacidade de se mover rapidamente ao longo das paredes e do teto de vidro polido, em contato com a superfície de centenas de milhares de pêlos em miniatura que cobrem seus membros.



Os nanomotores da ANT criados pelos cientistas acumulam a energia do fluxo de luz, transformando a maior parte em energia de atração de nanopartículas do metal pesado e moléculas de um polímero semelhante ao gel. E aqui é muito importante que a energia gerada no momento da quebra das ligações formadas seja várias vezes maior do que a que seria acumulada como resultado de uma única compressão de um material que não tem a capacidade de acumular energia continuamente durante um certo período de tempo. É devido a essa diferença que o trabalho útil necessário para concluir a tarefa é realizado.

Limitações de desenvolvimento existentes

Infelizmente, encontrando uma maneira de acumular e liberar energia com eficiência no nível do nanomecanismo, os cientistas ainda não encontraram uma maneira de concentrar o fluxo de energia em qualquer direção desejada, necessária para o movimento direcionado. Hoje, esse é o último obstáculo que separa a comunidade científica da criação de nanomotores controlados, capazes de acionar nanorrobôs minúsculos e, em geral, do uso destes últimos como veículos para o fornecimento de medicamentos, instrumentos remotamente controlados durante operações microcirúrgicas etc.

Ao mesmo tempo, os resultados obtidos permitem que cientistas da Universidade de Cambridge, usando nanomotores ANT, iniciem o desenvolvimento de bombas e válvulas controladas envolvidas em chips líquidos de microfluxo, que serão utilizados em laboratórios em um chip, biossensores e equipamentos avançados de diagnóstico de nova geração.

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