Genom att skörda energi från sin omgivande miljö, partiklar som kallas "konstgjorda mikromotorer" kan driva sig själva i specifika riktningar när de placeras i vattenlösningar. I aktuell forskning, ett populärt val av mikromotor är den sfäriska "Janus-partikeln" - med två distinkta sidor med olika fysikaliska egenskaper. Tills nu, dock, få studier har undersökt hur dessa partiklar interagerar med andra objekt i deras omgivande mikromiljöer. I ett experiment som beskrivs i EPJ E , forskare i Tyskland och Nederländerna, ledd av Larysa Baraban vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, visa för första gången hur Janus-partiklarnas hastigheter relaterar till de fysikaliska egenskaperna hos närliggande barriärer.

Teamets upptäckter skulle kunna hjälpa forskare att konstruera mikromotorer som kan passera mycket komplexa biologiska miljöer. Dessa partiklar skulle visa sig vara ovärderliga för banbrytande medicinska tekniker inklusive läkemedelsleverans och nanokirurgi. I deras studie, Baraban och kollegor förberedde två typer av Janus-sfär:den första med en negativt laddad yta, den andra, med en positivt laddad beläggning. När den placeras i avjoniserat vatten, båda typerna genererade en jonkoncentrationsgradient, och drev sig i motsatta riktningar. Närliggande, forskarna placerade också ett glassubstrat som bär en mängd olika laddningstätheter. När både substrat och partikelbeläggning hade samma laddningar, de negativa partiklarna drev sig bort från ytan med varierande hastigheter.

För positivt laddade substrat och partikelbeläggningar, Barabans team fann att dessa hastigheter visade en positiv korrelation med substratets laddningstäthet. Enligt forskarna, detta beteende uppstod eftersom kemiska reaktioner på de positivt laddade beläggningarna skapade sina egna jonkoncentrationsgradienter i den omgivande vätskan. Dessa genererade "osmotiska" flöden längs det laddade substratet, vilket gör att Janus-partikeln accelererar. Upptäckten är ett avgörande steg framåt i vår förståelse av hur självgående partiklar påverkas av den omgivande mikromiljön. Med ytterligare forskning, detta kan snart göra det möjligt för forskare att konstruera Janus-partiklar med specifika hastigheter och riktningar, vilket gör dem bättre lämpade för att navigera i komplexa miljöer.