(Phys.org) —Nanoskala motorer, som deras makroskaliga motsvarigheter, kan byggas för att köra på en mängd olika kemiska bränslen, såsom väteperoxid och andra. Men till skillnad från makroskala motorer, vissa nanomotorer kan också köras utan bränsle, istället drivs av antingen magnetiska eller akustiska fält. I ett nytt papper, forskare för första gången har visat en nanomotor som kan köras på både magnetiska och akustiska fält, vilket gör den till den första magnetoakustiska hybridbränslefria nanomotorn.

Forskarna, ledd av professor Joseph Wang vid University of California, San Diego, har publicerat ett papper om den nya klassen nanomotorer i ett nyligen utgåva av Nano bokstäver . Eftersom magnetiska och akustiska fält är biokompatibla och vanligen används inom medicin, de bränslefria nanomotorerna kan vara särskilt användbara för biomedicinska tillämpningar.

Nanomotorn kan svara på båda typerna av fält på grund av sin bisegmenterade design:guldnanorod -segmentet svarar på ultraljud, och det nanoheliska magnetiska segmentet svarar på magnetfält. Hela enheten är cirka 3000 nm (3 µm) lång.

Som forskarna förklarar, att använda olika fält för att driva en enda enhet erbjuder potential för snabb omkonfigurering av enhetens drift. Till exempel, växling mellan de två olika fälten ändrar snabbt rörelseriktningen eftersom fälten verkar i motsatta ändar av enheten. Dessutom, justering av amplituden för ultraljudsvågorna eller magnetfältets frekvens möjliggör snabb hastighetsreglering, medan applicering av ett roterande magnetfält inducerar ett vridmoment som resulterar i korkskruvs rörelse.

Att använda fält istället för bränsle för kraft ger också nanomotorn fördelen att kunna arbeta i mycket joniska miljöer, som havsvatten och blod. Dessa medier stör vanligtvis framdrivningsmekanismerna för kemiskt drivna nanomotorer, som ofta förlitar sig på den elektriska fältinducerade rörelsen av elektrofores.

När flera av de nya nanomotorerna placeras i närheten, forskarna fann att de uppvisar svärmande beteende som liknar det kollektiva beteendet som ses i vissa biologiska system, som fiskeskolor. Forskarna observerade tre olika tillstånd av omkopplingsbart kollektivt beteende, beroende på det tillämpade fältet:stabil aggregering med endast ultraljud, riktad svärmrörelse med endast magnetfält, och en virvlande svärmvirvel med båda fälten.

I framtiden, den breda omfattningen av operationer som erbjuds av de magnetiska och akustiska manövreringarna kan leda till en ännu mer spännande möjlighet:smarta nanovagnar som autonomt omkonfigurerar sig själva som svar på förändringar i miljön eller sina egna prestanda för att uppnå ett förutbestämt uppdrag. Denna förmåga kan visa sig särskilt användbar för biomedicinska tillämpningar, som bildbehandling, drogleverans, och diagnos. Andra tillämpningar kan innefatta manipulering och montering av nanoskala inom det bredare området för konstgjorda nanomaskiner.

© 2015 Phys.org