Автор AZoNano 5 ноября 2020 г.

Исследователи из Института промышленных наук Токийского университета (UTokyo-IIS) разработали новые линейные наномоторы, которые можно перемещать в контролируемых направлениях с помощью света. Эта работа открывает путь для новой микрофлюидики, включая системы «лаборатория на кристалле» с насосами и клапанами с оптическим приводом.

Мир наноразмерных машин сильно отличается от мира, в котором находятся устройства, к которым мы привыкли. Например, привести в действие двигатель размером меньше одной бактерии и точно управлять им может быть намного сложнее, чем, скажем, управлять автомобилем.

Теперь группа ученых под руководством UTokyo-IIS представила систему линейных двигателей, сделанных из золотых наностержней, которые могут двигаться в контролируемом направлении под воздействием лазерного света. Подобно парусной лодке, которая может двигаться в любом желаемом направлении, регулируя такелаж, эти наномоторы не обязаны следовать за направлением света.

Скорее, они перемещаются в зависимости от своей ориентации даже под воздействием лазерного луча, движущегося под другим углом.

Движение обеспечивается боковой оптической силой, создаваемой боковым рассеянием света частицами. В результате отпадает необходимость фокусировать или формировать лазерный луч с помощью линз, что когда-то было сложной задачей. Кроме того, размеры двигателей не ограничиваются длиной волны света, в отличие от предыдущих устройств.

«Вместо того, чтобы ограничиваться движением в направлении лазерного света или градиента поля, направление определяется ориентацией самих наночастиц», – говорит первый автор Йошито Танака. Ключом к этой технологии является локализованный поверхностный плазмонный резонанс – коллективные колебания свободных электронов – в периодических массивах наностержней.

Они могут излучать рассеянный свет в определенном направлении. «Тщательное проектирование разделения между наностержнями приводит к конструктивному вмешательству в одном направлении и деструктивному вмешательству в другом. Это позволяет нам производить направленное рассеяние для приведения в движение наномотора», – говорит старший автор Цутому Шимура

.

Исследователи предполагают использовать эту технологию для создания новой платформы для наноразмерных машин с движущимися частями, которые следуют по заранее заданным траекториям, будучи направленными несфокусированным светом. Это значительно снизит стоимость и сложность этих устройств, а также повысит точность и надежность.

Работа опубликована в Science Advances как «Плазмонный линейный наномотор, использующий боковые оптические силы» (DOI: 10.1126 / sciadv.abc3726)

.

Источник: https://www.iis.u-tokyo.ac.jp/en/