I ricercatori della Cockrell School of Engineering dell'Università del Texas ad Austin hanno costruito il più piccolo, piccolo motore sintetico più veloce e più longevo fino ad oggi. Il nanomotore del team è un passo importante verso lo sviluppo di macchine in miniatura che un giorno potrebbero muoversi attraverso il corpo per somministrare insulina ai diabetici quando necessario, o mirare e curare le cellule tumorali senza danneggiare le cellule buone.
Con l'obiettivo di alimentare questi dispositivi ancora da inventare, Gli ingegneri di UT Austin si sono concentrati sulla costruzione di un affidabile, nanomotore ad altissima velocità in grado di convertire l'energia elettrica in movimento meccanico su una scala 500 volte più piccola di un granello di sale.
L'assistente professore di ingegneria meccanica Donglei "Emma" Fan ha guidato un team di ricercatori nella progettazione di successo, assemblaggio e test di un nanomotore ad alte prestazioni in un ambiente non biologico. Il nanomotore in tre parti del team può miscelare e pompare rapidamente sostanze biochimiche e muoversi attraverso i liquidi, che è importante per le applicazioni future. Lo studio del team è stato pubblicato nel numero di aprile di Comunicazioni sulla natura .
Fan e il suo team sono i primi a raggiungere l'obiettivo estremamente difficile di progettare un nanomotore con una grande potenza di azionamento.
Con tutte le sue dimensioni inferiori a 1 micrometro, il nanomotore potrebbe stare all'interno di una cellula umana ed è in grado di ruotare per 15 ore continue a una velocità di 18, 000 giri/min, la velocità di un motore in un motore di un aereo a reazione. I nanomotori comparabili funzionano molto più lentamente, da 14 RPM a 500 RPM, e hanno ruotato solo per pochi secondi fino a pochi minuti.
Guardare avanti, i nanomotori potrebbero far progredire il campo dei sistemi nanoelettromeccanici (NEMS), un'area focalizzata sullo sviluppo di macchine in miniatura più efficienti dal punto di vista energetico e meno costose da produrre. Nel futuro prossimo, i ricercatori della Cockrell School ritengono che i loro nanomotori potrebbero fornire un nuovo approccio alla somministrazione controllata di farmaci biochimici alle cellule vive.
Per testare la sua capacità di rilasciare farmaci, i ricercatori hanno rivestito la superficie del nanomotore con sostanze biochimiche e hanno avviato la rotazione. Hanno scoperto che più velocemente ruotava il nanomotore, più velocemente ha rilasciato i farmaci.
"Siamo stati in grado di stabilire e controllare la velocità di rilascio della molecola mediante rotazione meccanica, il che significa che il nostro nanomotore è il primo del suo genere per controllare il rilascio di farmaci dalla superficie delle nanoparticelle, "Fan ha detto. "Crediamo che contribuirà a far progredire lo studio sulla somministrazione di farmaci e le comunicazioni da cellula a cellula".
Finora i ricercatori hanno affrontato due questioni principali per i nanomotori:assemblaggio e controlli. Il team ha costruito e gestito il nanomotore utilizzando una tecnica in attesa di brevetto inventata da Fan mentre studiava alla Johns Hopkins University. La tecnica si basa su campi elettrici AC e DC per assemblare le parti del nanomotore una per una.
Negli esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato la tecnica per accendere e spegnere i nanomotori e azionare la rotazione in senso orario o antiorario. I ricercatori hanno scoperto che potevano posizionare i nanomotori secondo uno schema e spostarli in modo sincronizzato, che li rende più potenti e dà loro più flessibilità.
Fan e il suo team hanno in programma di sviluppare nuovi controlli meccanici e sensori chimici che possono essere integrati in dispositivi nanoelettromeccanici. Ma prima progettano di testare i loro nanomotori vicino a una cellula viva, che consentirà a Fan di misurare il modo in cui forniscono le molecole in modo controllato.
