Nanomotors

Nanomotors ir molekulāra vai nano mēroga ierīce, kas ir spējīga pārveidot enerģiju mehāniskajā darbā. Tas tipiski var ģenerēt spēkus, izmērāmus pikoņūtonos.

Kaut arī nanodaļiņas tika izmantotas mākslā jau daudzus gadsimtus (piemēram, slavenais Likurga kauss), nanotehnoloģiju zinātniskā izpēte tika iesākta tikai nesen. 1959. gadā Amerikas Fizikas sabiedrības konferencē Ričards Fainmens novadīja savu slaveno lekciju “Lejā vēl ir daudz vietas” (angļu: "There's Plenty of Room at the Bottom") Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā (angļu: California Institute of Technology, zināms arī kā Caltech). Viņš piedāvāja zinātniskas derības, ka nevienam cilvēkam neizdosies uztaisīt motoru, kura izmēri ir mazāki par 400 µm. Tādu derību jēga, līdzīgi citām zinātniskām derībām, bija iedvesmot zinātniekus visā pasaulē atklāt jaunas tehnoloģijas, jo jebkurš, kas spētu izveidot tādu motoru, būtu apbalvots ar 1000 ASV dolāru balvu. Derību mērķis gan netika sasniegts, jo 1960. gadā Viljams Maklīlans (William McLellan) spēja izveidot nanomotoru bez jaunu tehnoloģiju palīdzības. Neskatoties uz to, Fainmena runa iedvesmoja jaunu zinātnieku paaudzi un radīja interesi nanotehnoloģiju pētījumos.

Nanocaurules un nanovadu motori 
2004. gadā Ajusmāns Sēns un Tomass Malūks izgatavoja pirmo sintētisko un patstāvīgu nanomotoru. Divi divu mikronu gari nanomotori bija izveidoti no diviem segmentiem, platīna un zelta, un spēja kataliski reaģēt ar ūdenī izšķīdinātu ūdeņraža peroksīdu, radot mehāniskās kustības. Au-Pt nanomotoru kustība atšķiras no Brauna kustības, un tās ierosināšana notiek ar ķīmisko gradientu kataliskās ģenerācijas palīdzību. Šī kustība ir īpatnēja arī ar to, ka tās vadīšanai nav nepieciešams ārējais magnētiskais, elektriskais vai optiskais lauks. Motori izveido lokālus laukus un pārvietojas, izmantojot elektroforēzi. 2008. gadā Džozefs Vengs ievērojami uzlaboja Au-Pt katalisku nanomotru veiktspēju, pievienojot platīna segmentam oglekļa nanocaurules.

Kopš 2004. gada, tika izstrādāti dažādi nano- un mikromotori, kas izmanto nanovadus un nanocaurules. Nanovadi var kustēties dažādos virzienos atkarībā no ierosinājuma tipa (ķīmiska degviela vai ultraskaņa). Šādi motori pārsvarā izmanto ūdeņraža peroksīdu kā degvielu, bet eksistē izņēmumi.

Enzimātiski nanomotori 
Pēdējos gados kļuva izplatīti enzimātisku nanomotoru un mikrosūkņu pētījumi. Pie zemām Reinoldsa skaitļa vērtībām, viena enzīma molekula var kalpot kā patstāvīgs nanomotors. Ajusmāns Sēns un Samudra Sengupta demonstrēja, ka automātiski mikrosūkņi spēj uzlabot daļiņu pārnesi. Šāda sistēma parāda, ka enzīmi var tikt izmantoti kā nanomotoru “dzinēji”.  Daļiņas, kas tiek apstrādātas ar aktīvām enzīmu molekulām, ātrāk difundē attiecīgu substrātu šķīdumos. Eksperimentāli tika parādīts, ka enzīmu molekulas kustas noteiktajā virzienā pa attiecīga substrāta gradientu.  Šīs joprojām ir vienīgais veids, kā var atdalīt enzīmus tikai pēc to aktivitātes. Enzimātisku nanomotru izstrāde palielina iespējas biotehnoloģijā un izveido jaunus medicīniskos pielietojumus.

Spirālveida nanomotori 
Cits interesants nanomotoru koncepts ir spirālveida silīcija dioksīda daļiņas, kas tiek apstrādātas ar magnētiskiem materiāliem, kas ļauj tās kontrolēt ar rotējoša ārēja magnētiska lauka palīdzību.
Tādi nanomotori neizmanto ķīmiskās reakcijas lai rosinātu kustību. Magnētiskais lauks, kas iedarbojas uz daļiņām var tikt radīts ar Helmholca spoles palīdzību. Pētījumi parāda, ka spirālveida nanomotori var tikt izmantoti neņūtona šķidrumu viskozitātes mērījumos ar mikrometru precizitāti. Šādas tehnoloģijas palīdz izveidot viskozitātes profilus šūnās un starpšūnu vielā. Piemērām, spirālveida nanomotori var pārvietoties asinī. Pētniekiem izdevas kontrolēt tādu nanomotoru kustību vēža šūnās, kas ļauj iegūt informāciju par to iekšējo uzbūvi.

Skatīt arī
Nanotehnoloģija
Molekulārie motori
Nanomedicīna
Oglekļa nanocaurulītes

Atsauces 

Nanotehnoloģija