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美制造世界最小最快纳米发动机 比盐粒小500倍

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核心提示:美国德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院科学家造出了迄今世界上最小、最快,而且运转时间最长的微型发动机。

迄今最快最小纳米发动机。

美国德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院科学家造出了迄今世界上最小、最快,而且运转时间最长的微型发动机。该发动机比一粒盐要小500倍,能把电能转化为机械运动,达到每分钟18000转,相当于喷气式飞机上发动机的转速,而且能连续旋转15小时。相比之下,其他纳米发动机每分钟只有14到500转,只能转几秒到几分钟。相关论文发表在4月份出版的《自然·通讯》杂志上。

该校机械工程副教授冬蕾·艾玛·范领导的研究小组成功设计、组装了这种高性能纳米发动机,并在非生物系统中进行了测试。纳米发动机由三部分组成,能迅速混合、泵出生化药剂,并能在液体中运动,这些特征在未来应用中非常重要。这种纳米发动机是开发微型机器的重要一步,微型机器能注入人体内,控制胰岛素以治疗糖尿病,瞄准或攻击癌细胞而不伤害其他正常细胞。

虽然微型机器尚未发明出来,但拥有大驱动功率的、超高速纳米发动机已经制造成功。物理学家组织网5月21日(北京时间)报道称,研究人员克服了纳米发动机研究领域的两大障碍:组装与控制。利用了范在约翰·霍普金斯大学做研究时发明的技术,依靠AC和DC电场来一个个地组装发动机上的零件。在实验中,研究人员能用该技术来开关纳米发动机,控制其顺时针或逆时针旋转;还能将多个发动机按一定模式排列组合,让它们同步运动,更强更灵活。该技术目前正在申请专利。

纳米发动机从各角度来量都不超过1微米,很适合在人体细胞内工作。为了测试其药物释放能力,研究人员在它表面涂了一层生化药物纳米粒子,然后开始旋转。结果发现发动机转得越快,药物释放得越快。“我们能通过转速来制定和控制分子释放速度,这也意味着我们的纳米发动机是第一款能控制药物释放的机器。”范说,“我们认为,这有助于促进药物递送、细胞间通讯的研究。”

研究人员认为,在不久的将来,他们的纳米发动机就能带来一种控制生化药物在活细胞中释放的新方法。目前,他们计划用活细胞来测试该纳米发动机,检验它们以可控方式递送药物的能力。此外,纳米发动机有望进入纳米电子机械系统(NEMS)领域,将机械控制与化学传感整合在一起,开发能效更高、物美价廉的微机设备。

总编辑圈点:

爱因斯坦曾预言:“未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军。”在向宇宙迈进时,人类也将足迹深入到物质内部,在纳米尺度上用各种微粒构建了一个微观世界。在医学领域,基因组测序等基础工作让我们对生命和疾病有了细胞尺度上的认识,也为纳米技术为健康服务提供了机会,这正是本项研究的方向。这台发动机如果能够走向应用,将是纳米和医疗领域,甚至是整个工业跨时代的进步,其用处也远不止当药物载体那么简单。(来源:科技日报 记者 常丽君)

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