Ερευνητές του Cockrell School of Engineering στο University of Texas at Austin κατασκεύασαν τον μικρότερο, ταχύτερο και μεγαλύτερης διάρκειας ζωής νανοκινητήρα που έχει κατασκευαστεί ποτέ.
Ερευνητές του Cockrell School of Engineering στο University of Texas at Austin κατασκεύασαν τον μικρότερο, ταχύτερο και μεγαλύτερης διάρκειας ζωής νανοκινητήρα που έχει κατασκευαστεί ποτέ.
Πρόκειται για ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση της ανάπτυξης μικροσκοπικών μηχανών οι οποίες θα μπορούν να κινούνται στο εσωτερικό του ανθρωπίνου σώματος για να χορηγούν στοχευμένα φάρμακα όποτε απαιτείται ή να αντιμετωπίζουν καρκινικά κύτταρα χωρίς να βλάπτουν τα υγιή.
Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στη δημιουργία ενός αξιόπιστου κινητήρα που μπορεί να μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική κίνηση σε κλίμακα 500 φορές μικρότερη ενός κόκκου άλατος.
Επικεφαλής της ομάδας ήταν η επίκουρος καθηγήτρια μηχανολογίας/ μηχανικής Ντόνγκλεϊ «Έμμα» Φαν. Ο νανοκινητήρας αποτελείται από τρία τμήματα και μπορεί να αναμειγνύει και να διοχετεύει ταχύτατα βιοχημικές ουσίες, κινούμενος μέσα σε υγρά.
Τα αποτελέσματα της δουλειάς της ομάδας δημοσιεύθηκαν στο Nature Communications. Αξίζει να σημειωθεί ότι η Φαν και η ομάδα της είναι οι πρώτοι που επιτυγχάνουν τον στόχο του σχεδιασμού ενός νανοκινητήρα υψηλής προωθητικής ισχύος (σχετικά, καθώς ο εν λόγω κινητήρας είναι ενός μικρομέτρου).
Η συσκευή μπορεί να χωρέσει μέσα σε ένα ανθρώπινο κύτταρο και είναι ικανή για συνεχείς περιστροφές για διάστημα 15 ωρών, σε ταχύτητα 18.000 rpm (ταχύτητα αντίστοιχη του κινητήρα ενός αεριωθούμενου αεροσκάφους).
Πρόκειται για μεγάλη εξέλιξη σε σχέση με αντίστοιχα νανομοτέρ, που κινούνταν πολύ πιο αργά, σε ταχύτητες από 14 μέχρι 500 rpm, και διάρκειας ζωής μεταξύ λίγων δευτερολέπτων και μερικών λεπτών.
Νανοκινητήρες τέτοιου είδους θα μπορούσαν να προωθήσουν σημαντικά τον τομέα των νανοηλεκτρομηχανικών (NEMS) συστημάτων, που αποσκοπεί στην ανάπτυξη μικροσκοπικών μηχανών υψηλών επιδόσεων, χαμηλού κόστους και μικρής κατανάλωσης ενέργειας.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι συσκευές τους θα μπορούσαν να ανοίξουν τον δρόμο για την στοχευμένη και ελεγχόμενη χορήγηση φαρμάκων σε ζωντανά κύτταρα.
Για να δοκιμάσουν τις δυνατότητές του κινητήρα όσον αφορά στη χορήγηση φαρμάκων, οι ερευνητές κάλυψαν την επιφάνειά του κινητήρα με βιοχημικές ουσίες και τον ενεργοποίησαν. Όπως διαπίστωσαν, όσο πιο γρήγορα περιστρεφόταν, τόσο πιο γρήγορα χορηγούσε φάρμακα.
«Ήμασταν σε θέση να σταθεροποιήσουμε και να ελέγξουμε τον ρυθμό απελευθέρωσης των μορίων μέσω μηχανικής περιστροφής, που σημαίνει ότι ο νανοκινητήρας μας είναι ο πρώτος του είδους του για τον έλεγχο της χορήγησης φαρμάκων από την επιφάνεια νανοσωματιδίων» αναφέρει η Φαν.
«Πιστεύουμε ότι θα βοηθήσει στη μελέτη της χορήγησης φαρμάκων και των επικοινωνιών κυττάρου με κύτταρο».
Η ομάδα κατασκεύασε και χειρίστηκε τη συσκευή μέσω μίας τεχνικής που ανέπτυξε η Φαν κατά τις σπουδές της στο Johns Hopkins University, η οποία βασίζεται στα ηλεκτρικά πεδία AC και DC για τη σύνθεση των τμημάτων του νανοκινητήρα.
Σε πειράματα, η τεχνική χρησιμοποιήθηκε για την ενεργοποίησή του και την επιλογή της κατεύθυνσης της περιστροφής.
Στα σχέδια της ομάδας περιλαμβάνεται η ανάπτυξη νέων μηχανικών συστημάτων ελέγχου και εντοπισμού χημικών που θα μπορούν να ενσωματωθούν σε νανοηλεκτρομηχανικές συσκευές. Ωστόσο, σε πρώτη φάση σχεδιάζεται η δοκιμή των νανοκινητήρων κοντά σε ζωντανά κύτταρα.