I ett genombrott för nanoteknik, ingenjörer vid University of Texas i Austin har utvecklat den första metoden för att välja och växla den mekaniska rörelsen hos nanomotorer mellan flera lägen med enkelt synligt ljus som stimulans.
Möjligheten till mekanisk omkonfigurering kan leda till en ny klass av kontrollerbara nanoelektromekaniska och nanorobotiska enheter för en mängd olika områden inklusive läkemedelsleverans, optisk avkänning, kommunikation, frisättning av molekyler, upptäckt, nanopartikelseparation och mikrofluidisk automatisering.
Fyndet, gjord av Donglei (Emma) Fan, docent vid Cockrell School of Engineerings avdelning för maskinteknik, och Ph.D. kandidat Zexi Liang, visar hur, beroende på intensiteten, ljuset kan omedelbart öka, stoppa och till och med vända rotationsorienteringen av kiselnanomotorer i ett elektriskt fält. Denna effekt och de underliggande fysiska principerna har avslöjats för första gången. Den växlar mekanisk rörelse hos roterande nanomotorer mellan olika lägen omedelbart och effektivt.
Forskarna publicerade sina resultat i 14 september-numret av Vetenskapens framsteg .
Nanomotorer, som är enheter i nanoskala som kan omvandla energi till rörelse på cellulär och molekylär nivå, har potential att användas i allt från läkemedelsleverans till separation av nanopartiklar.
Att använda ljus från en laser- eller ljusprojektor med styrkor som varierar från synligt till infrarött, UT-forskarnas nya teknik för att omkonfigurera nanomotorernas rörelse är effektiv och enkel i sin funktion. Nanomotorer med inställbar hastighet har redan undersökts som läkemedelsleveranskärl, men att använda ljus för att justera de mekaniska rörelserna har mycket bredare konsekvenser för nanomotorer och nanoteknologisk forskning mer generellt.
"Förmågan att ändra beteendet hos nanoenheter på detta sätt - från passiv till aktiv - öppnar dörren till designen av autonoma och intelligenta maskiner i nanoskala, " sa Fan.
Fan beskriver arbetsprincipen för omkonfigurerbara elektriska nanomotorer som en mekanisk analogi av elektriska transistorer, de grundläggande byggstenarna för mikrochips i mobiltelefoner, datorer, bärbara datorer och andra elektroniska enheter som växlar efter behov till externa stimuli.
"Vi testade framgångsrikt vår hypotes baserat på den nyupptäckta effekten genom en praktisk tillämpning, " tillade fansen.
"Vi kunde särskilja halvledar- och metallnanomaterial bara genom att observera deras olika mekaniska rörelser som svar på ljus med ett konventionellt optiskt mikroskop. Denna distinktion gjordes på ett beröringsfritt och oförstörande sätt jämfört med de rådande destruktiva kontaktbaserade elektriska mätningarna."
Upptäckten av ljus som fungerar som en omkopplare för att justera de mekaniska beteendena hos nanomotorer baserades på undersökningar av ljusets interaktioner, ett elektriskt fält och halvledarnanopartiklar i spel i en vattenbaserad lösning.
Detta är Fan och hennes teams senaste genombrott på detta område. Under 2014, de utvecklade den minsta, de snabbaste och mest långvariga roterande nanomotorerna som någonsin designats.
