据报道,剑桥大学研究人员开发的这个纳米级引擎为未来开发可以在水中航行、 感知周围环境、 甚至进入细胞对抗疾病的纳米机器打下了基础。
这个样机是由微小的带电金粒子制成(图略),与感温聚合物以凝胶的形式结合在一起。当 ‘ 纳米引擎 ’ 被激光加热到一定温度时,它会在不到一秒钟的时间里存储大量的弹性能量, 这时聚合物涂层会将所有的水从凝胶中排出并解体。 这有迫使金纳米颗粒紧密结合在一起的效果。但是当设备被冷却时,聚合物吸水膨胀,金纳米颗粒以更快更强劲的速度分开, 就像弹簧一样。这篇论文发表在 《 PNAS 》 期刊上。
“ 这个过程就像爆炸一样 ” 剑桥大学卡文迪什实验室的 Tao Ding 博士说,他也是这篇论文的第一作者。 “ 当水分子导致周围的聚合物膨胀时,几百个黄金粒子在一微秒的时间里飞散开来 ”
“ 我们知道光可以加热水来驱动蒸汽机,” 这项研究的合作者,巴斯大学的 Ventsislav Valev 说。“ 但是现在我们可以利用光来驱动纳米级的活塞引擎。 ”
纳米机器长久以来, 一直是科学家和公众的梦想,但是由于驱动它们的方法到目前还没有开发出来, 所以它们一直活在科幻小说的世界里。 剑桥大学的研究人员开发的这种新方法异常简单,但是却可以让它有极快的速度,而且能够发挥最大的力量。
这些微小器件产生的力比之前制造的设备大几个数量级,每单位重量的力比任何电机或肌肉大将近 100倍。根据研究人员介绍,该设备在制造、 快速响应和能源效率方面还具有生物相容性和成本效益。
领导这项研究的卡文迪什实验室的 Jeremy Baumberg 教授,将这个设备命名为 ‘ 蚂蚁 ’( ANTs ),或驱动的纳米传感器。 “ 像真正的蚂蚁一样,它们能够产生比自身体重大得多的力。我们现在面临的挑战是, 如何控制纳米机器实际应用中的力量。”
该研究表明,如何将范德瓦尔斯力 ( 原子和分子之间作用力 )转化成聚合物的弹性能量并将它们迅速释放。 “ 这个过程就像纳米弹簧,” Baumberg 说。“ 这项研究中最值得称道的部分是, 我们利用重金属粒子的范德瓦尔斯力来设置弹簧 ( 聚合物 ) 并用水分子来释放这些力,这使得它具有可逆性和可重复性。 ”
该团队目前正在与剑桥企业和其他几个公司合作, ( 剑桥企业是该学校技术商业化办公室管理基金的一部分 ) 对这项技术进行商业化开发,实现微流体技术的生物应用。