Nejnovější video
  • Spustit video
Anketa

Jakou budoucnost mají nanomotory?

Nanotechnologie je oborem výzkumu a vývoje, který se zabývá vytvářením a využíváním struktur v měřítku několika nanometrů. Rozměr objektů je alespoň v jednom ze směrů v rozsahu od 0,1 až 100 nm, kde 1 nm je pouhá miliontina milimetru. Pro reálnou ilustraci takto malých objektů je třeba si uvědomit, že jedna molekula vody má rozměr přibližně 0,1 nm, velikost viru je přibližně 100 nm, bakterie 1 000 nm a nádorová buňka je velikosti až 30 000 nm. Ve srovnání s tím by měl například tenisový míček rozměry 60 milionů nm. Studium nanotechnologií se dotýká celé řady vědních oborů a vede k rozvoji rozmanitých technologií. Cílem je přesné ovládání jednotlivých atomů, molekul a malých částic tak, aby vznikl nějaký objekt nebo struktura s novými vlastnostmi, které lze následně prakticky využít. Přitom se předpokládá, že budeme schopni takto zkonstruované nanoobjekty nejen pochopit, ale i zvenku ovládat jejich činnost.
 
„Světelné nanomlýny“ pro uchovávání energie
   Fyzikové ze známé Kalifornské university si kreativně pohráli s výpočty a pak pomocí elektronové litografie, napařováním tenkých vrstev nanometrových rozměrů a chemickým „čarováním“ vytvořili miniaturní, volným okem neviditelné vrtulky ze zlata, které jen působením světla dokážou točit 4 000 krát většími křemennými destičkami. Tyto zlaté mikroskopické vrtulky, které autoři nazývají „světelné nanomlýny“, jsou zatavené mezi dvěma 300 nanometrů tenkými deštičkami z čistého křemene s plošnými rozměry 2,2x 2,2 mikrometrů, na ploše více než 1 000 menší než je průřez vlasu. Hotové deštičky rozptýlili v demineralizované vodě, ale gravitace je uložila vodorovně na povrchu skleněné podložky. Když celý systém ozářil lineárně polarizovaný laserový paprsek s vlnovou délkou 810 nm (blízké infračervené záření), levotočivé vrtulky roztočily deštičky proti směru hodinových ručiček, s dvojnásobnou vlnovou délku (1 700 nm) se rotace změnila na pravotočivou.  
   K čemu je to ale všechno dobré? Světlem indukovaný mechanický točivý moment nabízí vzrušující možnosti pro využití v elektromechanických systémech nanometrových rozměrů, pro nové způsoby uchovávání energie. V biologii, kde jsou malé rozměry podmínkou při manipulacích v živém organismu, by mohlo jít například o řízené splétání a rozplétání dvoušroubovice DNA pomocí světla různé vlnové délky. Rozsah aplikací může být rozšířen o nanoskopické systémy využívající solární energii, ve kterých zabudované nanomotory budou při různých rezonančních frekvencích působit stejným směrem.
 
 Nanomotory čeká možná velká budoucnost
   Nanoroboty, které vysíláme do lidského těla, aby zvítězily nad nádorovými buňkami nebo vyčistily ucpané tepny, nejsou už dávno jen rekvizitami ve sci-fi románech, ale realistickou možností. K jejich pohonu vpřed jsou potřebné vysoce výkonné nanomotory. Způsob konstrukce nanomotorů nabízejí tedy nanotyčinky, jež katalyzací samy vyrábějí pohonnou látku. Nanomotory pak nepotřebují žádnou nádrž s pohonnou hmotou a pohybují se v médiu, jež obsahuje vhodnou pohonnou látku. Mezi klasiku patří nanotyčinky ze zlata a platiny, jež peroxidem vodíku, který je jejich pohonnou látkou, ujedou za sekundu od 10 do 20 mikrometrů. Vědcům se nyní podařilo tento pohyb výrazně urychlit až na 150 mikrometrů za sekundu, a to díky tomu, že nahradili část tyčinky ze zlata slitinou stříbra a zlata. Taková nanotyčinka ujede svou vlastní délku asi 75krát za vteřinu, čímž se blížíme rychlosti efektivních biologických nanomotorů, k nimž například patří bičíkaté bakterie.
   Tento nanomotor funguje díky katalýze. U platinové části tyčinky se štěpí peroxid vodíku na kyslík a protony. Přebytečné elektrony se přesunují ke stříbrozlaté části tyčinky, čímž nastartují redukční reakci peroxidu a protonů, přičemž vzniká voda. Uvolnění kyslíku a vody vytváří slabé proudění, které žene nanotyčinku kapalinou, a to platinovou částí napřed. Slitina zlata a stříbra se postará o to, že se k ní elektrony přesunují rychleji. Tím se urychlí i rozpad pohonné látky a tyčinky jsou o to rychlejší.

KV                                                      Ilustrační foto:infolizer.com

Přihlášení