I nanoteknikens minsta värld, stora steg är sällsynta. Men en ny utveckling har potential att avsevärt förbättra våra liv:en motor som mäter 200 miljarddels meter, som kan driva små robotar att bekämpa sjukdomar i levande celler.

Livet i sig är ett bevis på den extrema effektiviteten av nanoteknik - manipulation av materia på molekylär eller atomär skala - där DNA, proteiner och enzymer kan alla betraktas som maskiner. Faktiskt, forskare har lyckats göra mikropropeller med små DNA-strängar. Dessa trådar kan sys ihop så fritt och exakt att övningen är känd som "DNA-origami". Dock, DNA-origami saknar kraft och operationshastighet (det tar tid som kan mätas i sekunder), minska dess robotfunktion.

Men vi har nu tagit fram nanomotorer som kan drivas med ljusstrålar för att arbeta kolvar, pumpar och ventiler. Tillverkad av guldnanopartiklar bundna av en värmekänslig kemikalie, våra maskiner är starka, snabb och enkel att använda, vilket gör dem extremt praktiska för framtida applikationer.

Ett av de största problemen när man arbetar med liten teknik är behovet av att skapa en stark kraft för ett objekt på nanoskala. Om du tänker på en människa som rör sig i vatten, deras rörelser är bara något begränsade och vattnet känns flytande. Men tänk vad som skulle hända om den personen krympte till en storlek hundra tusen gånger mindre än en myra. Vattnet skulle kännas otroligt trögflytande. För att enkelt kunna röra på nanoskala, en "nanoperson" skulle behöva utöva en enorm kraft för sin storlek. Bilden av en myra, kan lyfta flera gånger sin egen vikt, kommer att tänka på. Därav namnet på vår upptäckt:aktiverande nano-transduktorer – eller ANTs.

ANT består av guldnanopartiklar bundna av ett termokänsligt material. Vid rumstemperatur, bindningsmaterialet är avslappnat och kan fyllas med vatten, som trycker isär nanopartiklarna. Värms upp med bara några grader med en laser, materialet drar ihop sig till ett tunt skal, föra nanopartiklarna närmare varandra och driva ut vattnet. När det sedan svalnar igen, vattnet forsar tillbaka in och stöter bort nanopartiklarna med enorm kraft. Myrorna fungerar som en liten men kraftfull fjäder, lagra och släpp ut stora mängder elastisk energi med stor hastighet.

Nyckeln till utvecklingen av ANTs var användningen av laserljus. Genom att välja rätt ljusfärg för rätt storlek på nanopartiklar (i detta fall grönt ljus för guldnanopartiklar) är det möjligt att värma upp dem mycket snabbt. I mörkret, för att de är så små, nanopartiklarna svalnar också väldigt snabbt. ANTs kan sedan arbeta inom en mikrosekund. På samma sätt som ljus kan värma upp vatten för att driva ångmotorer, vi kan använda ljus för att bygga en kolv för motorer på nanoskala.

Exploderande myror

"Det är som en explosion, " förklarar Tao Ding från Cambridges Cavendish Laboratory:"Vi har hundratals guldkulor som flyger isär på en miljondels sekund när vattenmolekyler blåser upp polymererna runt dem."

En uppenbar tillämpning för detta nya framsteg kommer att vara i praktiken av mikrofluidik, som gör det möjligt för ett helt kemiskt laboratorium att existera på ett chip. Detta möjliggör tillverkning av läkemedel och analys av kemikalier med mycket hög precision. Dock, mikrofluidik har begränsats av behovet av skrymmande driftutrustning såsom pumpar och ventiler som måste kopplas fysiskt med rör till chipet.

De nya ANT:erna kan användas som små pumpar och ventiler spridda trodde själva mikrofluidchipet och drivs av små ljusstrålar utan att det behövs någon fysisk anslutning. Plus, storleken på ANTs (200-400nm) liknar storleken på de minsta fläckarna där vi kan fokusera ljus, vilket optimerar tekniken. Användning av ANT skulle möjliggöra mycket mer komplexa mikrofluiddesigner under de närmaste åren.

Vi ser också över samma tidsskala när det gäller att använda ANTs för att producera kolvar och så småningom motorer i nanoskala, genom att begränsa ANT-ernas rörelse till en enda riktning. I framtiden, sådana motorer kan göra det möjligt för oss att tillverka specifika material, och så småningom även bilar och hus, samt att ge kraften för nanomotorer att arbeta med nanorobotar inuti levande celler. Små steg för ANT kan innebära stora steg för människor.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.