Forskare från Institutet för industrivetenskap, University of Tokyo (UTokyo-IIS) har designat nya linjära nanomotorer som kan flyttas i kontrollerade riktningar med hjälp av ljus. Detta arbete öppnar vägen för ny mikrofluidik, inklusive lab-on-a-chip system med optiskt manövrerade pumpar och ventiler.

En värld av maskiner i nanoskala ser väldigt annorlunda ut än den som innehåller redskapen som vi har vant oss vid. Till exempel, att driva och exakt styra en motor som är mindre än en enda bakterie kan vara mycket svårare än, säga, kör bil.

Nu, ett team av forskare ledda av UTokyo-IIS har introducerat ett system av linjära motorer gjorda av guld nanorods som kan röra sig i en kontrollerad riktning när de utsätts för laserljus. Som en segelbåt som kan röra sig i vilken riktning som helst genom att justera riggen, dessa nanomotorer är inte tvungna att följa ljusets riktning. Snarare, de rör sig baserat på sin orientering även när de utsätts för en laserstråle som rör sig från en annan vinkel.

Rörelsen drivs av den laterala optiska kraften som skapas från sidledsspridningen av ljus från partiklarna. Som ett resultat, behovet av att fokusera eller forma laserstrålen med linser, som en gång var en svår uppgift, är eliminerad. Dessutom, motorstorlekar är inte begränsade av ljusets våglängd, till skillnad från tidigare enheter.

"Istället för att vara begränsad till att röra sig i laserljusets eller fältgradientens riktning, riktningen bestäms av orienteringen av själva nanopartiklarna, ", säger första författaren Yoshito Tanaka. Nyckeln till den här tekniken är den lokaliserade ytplasmonresonansen – kollektiva svängningar av fria elektroner – inom periodiska arrayer av nanorods. Dessa kan producera spritt ljus i en viss riktning. "Noggrann design av separationen mellan nanoroderna till konstruktiv interferens i ena riktningen och destruktiv interferens i den andra. Detta tillåter oss att producera riktningsspridning för att driva nanomotorn, ", säger seniorförfattaren Tsutomu Shimura.

Forskarna tänker sig att använda denna teknik för att skapa en ny plattform för maskiner i nanostorlek med rörliga delar som följer förutbestämda banor samtidigt som de knuffas av ofokuserat ljus. Detta kommer att avsevärt minska kostnaderna och komplexiteten för dessa enheter samtidigt som precisionen och tillförlitligheten förbättras.

Verket publiceras i Vetenskapens framsteg som "Plasmonisk linjär nanomotor som använder laterala optiska krafter."