Går uppströms, och mot en ström, involverar en front-först nedåtlutning och sedan förflyttning längs en yta, visar ny forskning av ett team av forskare, som skapade "nanomotorer" för att avslöja detta effektiva förflyttningsmedel under sådana förhållanden. Resultaten och skapandet av dessa små motorer ger ny inblick i rörelsens karaktär och har konsekvenser för konstruktionen.

"Dessa nanomotorer hjälpte oss inte bara att bättre förstå naturen av att röra sig mot flöden på de små skalorna vi inte lätt kan se, men kan också vara det första steget i att utveckla smarta material och robotsystem i den mikroskopiska världen, säger Jun Zhang, en professor i fysik och matematik vid New York University och en medförfattare till uppsatsen, som står i journalen Fysiska granskningsbrev .

"Medan denna effekt av rörelse har varit känd länge, vårt arbete ger en omfattande förklaring till det, vilket förstärker vår förståelse av denna utbredda dynamik, " tillägger medförfattaren Michael Shelley, en professor vid NYU:s Courant Institute of Mathematical Sciences.

Forskarna, som också inkluderade Quentin Brosseau, en postdoktor vid NYU's Courant Institute och tidningens första författare, fokuserade på ett tidigare upptäckt fenomen, reotaxi – rörelse som involverar en riktningsändring för att gå uppströms eller in i en ström.

Dock, detaljerade förklaringar till reotaxi hade saknats. För att fullt ut förstå denna process, forskarna skapade nanomotorer bestående av två metaller – platina och guld (Pt/Au). Shelley, Zhang, också professor vid NYU Shanghai, och deras kollegor hade tidigare skapat en mer grundläggande version av dessa nanomotorer, som är mindre än bredden på ett människohår.

Tillverkad i Molecular Design Institute vid NYU:s avdelning för kemi, motorerna som beskrivs i Fysiska granskningsbrev papper var mer avancerade; forskarna varierade proportionerna av dessa metaller för att variera deras rörelse—i vissa modeller, kompositionen var jämnt uppdelad medan andra hade ett 3:1 guld-till-platina-förhållande eller en 3:1 platina-till-guld-sminkning.

Drivs kemiskt av en väteperoxidutspädning när den placeras i vatten, nanomotorerna kunde simma – med platinaänden som alltid fungerade som huvudet. Dock, dessa motorer hade olika "lutningar, " som skilde sig beroende på deras smink. De som huvudsakligen bestod av guld märktes "avdragare" medan de som till stor del bestod av platina kallades "skjutare." Avdragarna tenderade att röra sig med svansen uppåt (en uttalad lutning) medan påskjutarna förblev relativt platt.

Denna skillnad var betydande när det gällde att röra sig mot strömmar.

När lutningen är stor (avdragare), svansen är mer utsatt för ett mötande flöde, som fångar svansen och vänder på motorn - på samma sätt som vinden vänder en vädervinge. Följaktligen, motorns front är vänd mot flödet, varefter motorn fortsätter framåt, rör sig nu mot strömmen. Däremot om motorn inte lutar (pushers), en ström kan inte fånga svansen och snurra runt den för att röra sig mot detta flöde – och, som ett resultat, det är osannolikt att det reagerar på ett mötande flöde.

"Detta syntetiska system efterliknar naturliga mikroorganismer, såsom E. coli i flöde, och erbjuder ett sätt att förutsäga deras vägar genom människokroppen, " observerar Brosseau. "Det är nyckeln att förstå kontamineringsprocesser och konstruera smart material för riktad läkemedelsleverans."