Nanopartikel gelehrt, Schwimmen

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Ayusman Sen, Leiter der Abteilung für Chemie an der Penn State, macht kleinen, metallische Gegenständen etwas Außergewöhnliches zu tun – er macht sie schwimmen.

"Menschen machen wunderbare Nanostrukturen, aber sie bewegen sich nicht," sagte Sen. "Praktisch, wenn Sie ein Nano-Objekt von einem Punkt zum anderen zu bewegen möchten, benötigen Sie einen Nano-Motor und haben Sie an die macht." Aber diese Objekte sind so klein, dass Sie nicht Haken sie sich mit einem Stück Draht. Sie können weder ihren eigenen Kraftstoff herumtragen, so dass sie verwenden, was um sie herum ist. In der Natur ist es mit katalytischen Reaktionen mit Substanzen aus der Umgebung getan."

Sen Arbeit wird durch Katalyse, die chemischen Phänomen angetrieben, wobei eine Substanz beschleunigt eine chemische Reaktion, sondern ergibt sich am Ende des Prozesses unverändert. Er und sein Team von Studenten und Kollegen konzentrieren ihre Bemühungen auf (Reduktion-Oxidation) chemische Redoxreaktionen wo Elektronen und Protonen sind von ihren Eltern Atome gebrochen und hin und her zwischen Substanzen, befreiende Energie gepumpt.

Motoren, die viel dünner als Haare

Im Rahmen des Nanomotors manifestiert sich diese Energie als eine elektrische Gradienten in der Flüssigkeit um die winzige Objekte. Die Motoren sind für viele das Team Experimente Platin-Gold-Laptops nur zwei Millionstel von einen Meter lang, eine Länge von weniger als einem hundertsten die Dicke eines menschlichen Haares.

In den meisten Fällen beginnt die Flüssigkeit als eine verdünnte Lösung von Wasserstoffperoxid, dass die Forscher oxidieren mit einem Platinkatalysator Spitze auf der Nanorod.

Das Ergebnis ist Freisetzung von Sauerstoff zusammen mit Elektronen und Protonen, die vom Bug bis zum Heck des kleinen "Schiffes" fließen mit Elektronen fließen in den Stab und eine gleiche Anzahl von Protonen in der Flüssigkeit entlang fließt.

Am Heck reduzieren die Elektronen und Protonen katalytisch Wasserstoffperoxid zu Wasser. Die Protonen fließen vom Stamm zum Heck Funktion wie Paddel treibt die Nanorod zu seinem Platin vorwärts Ende, oder wenn der Nanorod steht, Pumpen von Wasser um ihn herum in Richtung zum hinteren Ende.

Gezielte Mobilisation möglich

Während Metallpartikel aus eigener Kraft bewegen immer eins ist, ist bekommen sie gezielt zu einer bestimmten Position ambulate eine andere. Als Reaktion darauf das Penn State-Team hat drei Methoden der Lenkung ihrer Motors entwickelt: Magnetismus, Chemie und Licht.

Das magnetische System verwendet Platin und Gold-lagige Ruten, die magnetische enthalten nickel Segmente. Diese Ruten reagieren auf ein äußeres Magnetfeld durch Schwimmen Parallel dazu.

Das chemische System verwendet Chemotaxis, traditionell als die Bewegung der lebenden Organismen zu oder Weg von einem chemischen Lockstoff oder Toxin definiert. Im ersten Beispiel von Chemotaxis in einem nicht-lebenden System treiben Sen Platin-Gold-Laptops sich entlang eines Gradienten von Wasserstoffperoxid in Wasser in Richtung einer höheren Konzentration von Wasserstoffperoxid verbreitet.

Phototaxis benutzt Licht, um die katalytische Aktivität initiieren. In einer Demonstration bewegen Silberchlorid Schwebeteilchen in destilliertem Wasser sich nicht bis UV-Licht, glänzte ist worauf sie massenweise in Richtung des Lichts zu migrieren.

Bewegliche Teilchen, die etwas zu tun

Als eine praktische Sache ist die erste Metallpartikel auf spezifische Ziele zu bewegen nicht sehr wertvoll, wenn sie nicht so etwas wie ein Medikament zu liefern, eine Struktur montieren, Sinn ein Material oder eine Flüssigkeit zu Pumpen, sobald sie dort. Zum Nachweis der Machbarkeit solcher Aktivitäten entwickelte Sen Unternehmensgruppe elektrostatische und chemischen linker um Ladung an ihren Nanomotors zu befestigen.

Zusammenfassung des Konzerns Fortschrittsberichte so weit, Sen, "Wir wissen, wie Fracht zu laden. Wir wissen, wie um ihn zu verschieben. "Wenn wir lernen wie Fracht entladen, müssen wir den Gegenwert von Nano-Muldenkipper, die Ladung zu einer bestimmten Website zu liefern oder legte sich Muster Aufbauten erstellen können."

Obwohl zu diesem Zeitpunkt die Gruppe weiß, wie man die Motoren zu machen, sie Fracht beimessen, und transportieren sie an bestimmten Punkten, bleibt Abladen ein Problem. Als Reaktion darauf beginnt die Gruppe Arbeit auf einem lichtempfindlichen Linker-Molekül, das brechen und fallen die Ladung bei Lichteinfall.

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Anmerkung der Redaktion: Dieser Forschung wurde unterstützt durch die nationalen
Science Foundation (NSF), der Bundesagentur für grundlegende Finanzierung angeklagt
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