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美国制造出世界最小最快纳米发动机

美国制造出世界最小最快纳米发动机

德克萨斯大学奥斯汀科克雷尔工程学院的科学家们创造了世界上最小、最快和运行时间最长的微型发动机。这台发动机比一粒盐小500倍。它能把电能转化为机械运动,达到每分钟转,相当于喷气飞机上发动机的转速,可以连续旋转15小时。相比之下,其他纳米发动机每分钟只有14到500转,只能旋转几秒到几分钟。相关论文发表在2014年4月出版的《自然通讯》杂志上。

该校机械工程副教授董雷艾玛范(Dong Lei Emma Fan)领导的研究团队成功设计并组装了高性能纳米引擎,并在非生物系统中进行了测试。纳米发动机由三部分组成,可以快速混合和泵送生化试剂,并在液体中运动。这些特性在未来的应用中将非常重要。这种纳米引擎是微型机器发展的重要一步,微型机器可以注射到人体内,控制胰岛素治疗糖尿病,靶向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,但具有大驱动力的超高速纳米发动机已经成功制造出来。物理学家组织网络(organization network of physicists)在2014年5月21日(北京时间)报道称,研究人员已经克服了纳米引擎研究领域的两大障碍:组装和控制。利用范在约翰霍普金斯大学研究期间发明的技术,发动机上的零件依靠交流和直流电场一个接一个地组装起来。在实验中,研究人员可以使用这项技术来打开和关闭纳米引擎,并控制它顺时针或逆时针旋转。它还可以按照一定的方式排列组合多个发动机,使它们同步运动,从而更加强大和灵活。这项技术目前正在申请专利。

纳米引擎从各个角度看都不超过1微米,非常适合在人体细胞中工作。为了测试它的药物释放能力,研究人员在它的表面涂上一层生化药物纳米颗粒,然后开始旋转。结果表明,发动机转动得越快,药物释放得越快。“我们可以通过转速来设定和控制分子的释放速率,这也意味着我们的纳米引擎是第一台能够控制药物释放的机器。”范说,“我们相信这将有助于促进药物输送和细胞间通讯的研究。”

研究人员相信,在不久的将来,他们的纳米引擎将带来一种控制生物化学药物在活细胞中释放的新方法。目前,他们计划使用活细胞来测试纳米引擎及其以可控方式输送药物的能力。此外,纳米发动机有望进入纳米机电系统(nems)领域,将机械控制与化学传感相结合,开发能效更高、质量更好、价格更低的微机设备。



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