Nel minuscolo mondo delle nanotecnologie, i grandi passi sono rari. Ma uno sviluppo recente ha il potenziale per migliorare enormemente le nostre vite:un motore che misura 200 miliardesimi di metro, che potrebbe alimentare minuscoli robot per combattere le malattie nelle cellule viventi.

La vita stessa è la prova dell'estrema efficacia delle nanotecnologie - la manipolazione della materia su scala molecolare o atomica - in cui il DNA, proteine ​​ed enzimi possono essere tutti considerati come macchinari. Infatti, i ricercatori sono riusciti a realizzare micro-eliche utilizzando minuscoli filamenti di DNA. Questi fili possono essere cuciti insieme in modo così libero e preciso che la pratica è conosciuta come "DNA origami". Però, L'origami del DNA manca di forza e velocità operativa (richiede tempo misurabile in secondi), riducendo la sua funzione robotica.

Ma ora abbiamo prodotto nano-motori che possono essere azionati con fasci di luce per far funzionare pistoni, pompe e valvole. Realizzato con nanoparticelle d'oro legate insieme da una sostanza chimica sensibile al calore, le nostre macchine sono forti, veloce e semplice da usare, rendendoli estremamente pratici per applicazioni future.

Uno dei maggiori problemi quando si ha a che fare con una tecnologia minuscola è la necessità di creare una forza forte per un oggetto su scala nanometrica. Se pensi a un essere umano che si muove nell'acqua, i loro movimenti sono solo leggermente limitati e l'acqua sembra fluida. Ma immagina cosa accadrebbe se quella persona si rimpicciolisse a una dimensione centomila volte più piccola di una formica. L'acqua si sentirebbe incredibilmente viscosa. Per potersi muovere con facilità su scala nanometrica, una "nanopersona" avrebbe bisogno di esercitare una forza enorme per le loro dimensioni. L'immagine di una formica, capace di sollevare più volte il proprio peso, viene in mente. Da qui il nome della nostra scoperta:attivazione di nano-trasduttori – o ANT.

Le formiche sono costituite da nanoparticelle d'oro legate da un materiale termosensibile. A temperatura ambiente, il materiale legante è rilassato e può essere riempito con acqua, che allontanano le nanoparticelle. Riscaldato di pochi gradi con un laser, il materiale si contrae in un guscio sottile, avvicinando le nanoparticelle ed espellendo l'acqua. Poi, mentre si raffredda di nuovo, l'acqua torna indietro e respinge le nanoparticelle con una forza enorme. Le formiche agiscono come una piccola ma potente molla, immagazzinando e rilasciando grandi quantità di energia elastica a grande velocità.

La chiave per lo sviluppo degli ANT è stato l'uso della luce laser. Scegliendo il giusto colore della luce per la giusta dimensione delle nanoparticelle (in questo caso luce verde per le nanoparticelle d'oro) è possibile riscaldarle molto velocemente. Nell'oscurità, perché sono così piccoli, anche le nanoparticelle si raffreddano molto rapidamente. Gli ANT possono quindi operare in un microsecondo. Allo stesso modo in cui la luce può riscaldare l'acqua per alimentare motori a vapore, possiamo usare la luce per costruire un pistone per motori su scala nanometrica.

FORMICHE esplosive

"È come un'esplosione, " spiega Tao Ding del Cavendish Laboratory di Cambridge:"Abbiamo centinaia di sfere d'oro che si disintegrano in un milionesimo di secondo quando le molecole d'acqua gonfiano i polimeri che le circondano".

Un'ovvia applicazione per questo nuovo progresso sarà nella pratica della microfluidica, che consentono a un intero laboratorio chimico di esistere su un chip. Ciò consente la produzione di prodotti farmaceutici e l'analisi di sostanze chimiche con altissima precisione. Però, la microfluidica è stata limitata dalla necessità di apparecchiature operative ingombranti come pompe e valvole che devono essere collegate fisicamente con tubi al chip.

Le nuove ANT possono essere utilizzate come minuscole pompe e valvole disperse all'interno del chip microfluidico stesso e azionate da piccoli fasci di luce senza bisogno di alcun collegamento fisico. Più, la dimensione delle formiche (200-400 nm) è simile alla dimensione dei punti più piccoli in cui possiamo focalizzare la luce, che ottimizza la tecnologia. L'utilizzo di ANT consentirebbe progetti microfluidici molto più complessi nei prossimi anni.

Stiamo anche esaminando nello stesso lasso di tempo l'utilizzo di ANT per produrre pistoni e infine motori su scala nanometrica, limitando il movimento degli ANT in un'unica direzione. Nel futuro, tali motori potrebbero consentirci di produrre materiali specifici, e alla fine anche automobili e case, oltre a fornire la potenza ai nanomotori per far funzionare i nanorobot all'interno delle cellule viventi. Piccoli passi per le formiche potrebbero significare grandi passi avanti per gli umani.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.