(Phys.org) — Fai vibrare una soluzione di nanoparticelle metalliche a forma di bastoncino in acqua con gli ultrasuoni e queste ruoteranno attorno ai loro lunghi assi come minuscole punte di trapano. Come mai? Nessuno lo sa ancora con esattezza. Ma i ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno misurato la loro velocità, ed è veloce. Fino a 150, 000 giri al minuto, questi nanomotori ruotano 10 volte più velocemente di qualsiasi oggetto su nanoscala immerso nel liquido mai riportato.

La scoperta di questa velocità vertiginosa ha aperto la possibilità che potessero essere utilizzati non solo per muoversi all'interno del corpo - l'impulso per la ricerca - ma anche per la lavorazione e la miscelazione ad alta velocità.

Gli scienziati hanno studiato negli ultimi anni come far muovere i nanomotori nei liquidi. Un gruppo della Penn State alla ricerca di un modo biologicamente amichevole per azionare i nanomotori ha osservato per la prima volta che le nanobarre metalliche si muovevano e ruotavano in risposta agli ultrasuoni nel 2012. Un altro gruppo dell'Università della California a San Diego ha quindi diretto il movimento in avanti delle barre metalliche utilizzando un magnete campo. Il gruppo della Penn State ha poi dimostrato che questi nanomotori potrebbero essere spinti all'interno di una cellula cancerosa.

Ma nessuno sapeva perché o quanto velocemente girassero i nanomotori. Essendo quest'ultimo un problema di misurazione, i ricercatori del NIST hanno lavorato con il gruppo Penn State per risolverlo.

"Se i nanomotori devono essere utilizzati in un ambiente biologico, poi è importante capire come interagiscono con il liquido e gli oggetti che li circondano, ", afferma Samuel Stavis, leader del progetto NIST. "Abbiamo utilizzato le nanoparticelle per tracciare il flusso dell'acqua intorno ai nanomotori, e abbiamo usato quella misura per dedurre la loro velocità di rotazione. Abbiamo scoperto che i nanomotori giravano in modo sorprendentemente rapido".

Il team del NIST ha cronometrato la rotazione dei nanomotori mescolando i 2 micrometri di lunghezza, Aste d'oro larghe 300 nanometri con perline di polistirene di diametro 400 nanometri in acqua e messe tra lastre di vetro e silicio con uno shaker tipo altoparlante sotto. Hanno quindi fatto vibrare lo shaker con un tono ultrasonico di 3 megahertz, troppo alto per te o il tuo cane da sentire, e hanno guardato i motori e le perline muoversi.

Mentre i motori ruotano nell'acqua, creano un vortice intorno a loro. Le perline che si avvicinano vengono trascinate dal vortice e ruotano intorno alle aste. Misurando la distanza delle perline dalle aste e la velocità con cui si muovono, il gruppo è stato in grado di calcolare la velocità di rotazione dei motori, con un avvertimento importante.

"La dimensione dei nanorod è importante nelle nostre misurazioni", afferma il fisico del NIST Andrew Balk. "Abbiamo scoperto che anche piccole variazioni nelle dimensioni dell'asta causano grandi incertezze di misurazione, quindi devono essere fabbricati nel modo più uniforme possibile per studi e applicazioni futuri".

Secondo i ricercatori, la velocità di rotazione dei nanomotori sembra essere indipendente dal loro moto in avanti. Essere in grado di controllare la "velocità e l'avanzamento" dei nanomotori in modo indipendente aprirebbe la possibilità che possano essere utilizzati come strumenti rotanti per la lavorazione e la miscelazione.

Le future vie di ricerca includono il tentativo di scoprire esattamente perché i motori ruotano e in che modo il vortice attorno alle aste influisce sulle loro interazioni reciproche.