Forskare har utvecklat världens minsta motor - bara några miljarddels meter stor - som använder ljus för att driva sig själv. Motorn i nanoskala, utvecklad av forskare vid University of Cambridge, kan ligga till grund för framtida nanomaskiner som kan navigera i vatten, känna miljön runt dem, eller till och med gå in i levande celler för att bekämpa sjukdomar.

Prototypenheten är gjord av små laddade partiklar av guld, bundna med temperaturkänsliga polymerer i form av en gel. När 'nanomotorn' värms upp till en viss temperatur med en laser, den lagrar stora mängder elastisk energi på en bråkdel av en sekund, eftersom polymerbeläggningarna driver ut allt vatten från gelén och kollapsar. Detta har effekten att tvinga guldnanopartiklarna att binda samman till täta kluster. Men när enheten är kyld, polymererna tar på sig vatten och expanderar, och guldnanopartiklarna pressas isär starkt och snabbt, som en fjäder. Resultaten redovisas i tidskriften PNAS .

"Det är som en explosion, " sa Dr Tao Ding från Cambridges Cavendish Laboratory, och tidningens första författare. "Vi har hundratals guldkulor som flyger isär på en miljondels sekund när vattenmolekyler blåser upp polymererna runt dem."

"Vi vet att ljus kan värma upp vatten för att driva ångmaskiner, " sa studiens medförfattare Dr Ventsislav Valev, nu baserad på University of Bath. "Men nu kan vi använda ljus för att driva en kolvmotor på nanoskala."

Nanomaskiner har länge varit en dröm för både forskare och allmänhet, men eftersom sätt att faktiskt få dem att flytta har ännu inte utvecklats, de har stannat kvar i science fiction-området. Den nya metoden som utvecklats av Cambridge-forskarna är otroligt enkel, men kan vara extremt snabb och utöva stora krafter.

Krafterna som utövas av dessa små enheter är flera storleksordningar större än de för någon annan tidigare producerad enhet, med en kraft per viktenhet nästan hundra gånger bättre än någon motor eller muskel. Enligt forskarna, enheterna är också biokompatibla, kostnadseffektiv att tillverka, snabbt att svara, och energieffektiv.

Professor Jeremy Baumberg från Cavendish Laboratory, som ledde forskningen, har döpt enheterna till "ANTS", eller aktivera nano-omvandlare. "Som riktiga myror, de producerar stora krafter för sin vikt. Utmaningen vi står inför nu är hur vi ska kontrollera den kraften för nanomaskineritillämpningar."

Forskningen föreslår hur man förvandlar Van de Waals energi - attraktionen mellan atomer och molekyler - till elastisk energi av polymerer och frigör den mycket snabbt. "Hela processen är som en nano-fjäder, ", sa Baumberg. "Det smarta här är att vi använder Van de Waals attraktion av tungmetallpartiklar för att ställa in fjädrarna (polymererna) och vattenmolekylerna för att frigöra dem, som är mycket reversibel och reproducerbar."

Teamet arbetar för närvarande med Cambridge Enterprise, universitetets kommersialiseringsarm, och flera andra företag med syftet att kommersialisera denna teknologi för biotillämpningar av mikrofluidik.