Nanotecnologia

Nanomotor a vapor explode com alta eficiência

Nanomotor a vapor explode com alta eficiência
Acionadas por luz, as nanopartículas disparam rapidamente pela água. [Imagem: Yi Ju/University of Cambridge NanoPhotonics]

Nanomotor explosivo

Pesquisadores construíram uma espécie de nanoatuador de alta eficiência que pode constituir uma base para futuras aplicações em nanorrobótica, incluindo robôs pequenos o suficiente para entrar em células vivas.

Ao contrário de outros nanomotores que navegam em meios líquidos não muito amigáveis e dependem de combustíveis agressivos, o novo atuador navega em água pura e é alimentado por luz.

Tao Ding e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, chamam seu dispositivo de "nanomotor", embora ainda falte algum trabalho para que ele possa realizar um trabalho controlado.

Mas isso não impede que a equipe especule em seu artigo que o dispositivo poderá ser usado para mapear o ambiente ao seu redor, ou mesmo entrar em células vivas - ainda que seu funcionamento "explosivo" coloque riscos claros à integridade das células.

Motor explosivo

O dispositivo é feito de pequenas partículas de ouro, ligadas por um gel à base de polímeros sensíveis à temperatura. Conforme o nanomotor é aquecido por um laser até uma temperatura limite (32º C), ele armazena uma grande quantidade de energia elástica numa fração de segundo, conforme os revestimentos de polímero expelem toda a água do gel e colapsam. Isto tem o efeito de forçar as nanopartículas de ouro a formar aglomerados muito apertados.

Basta desligar o laser e deixar o nanomotor esfriar para que ele libere toda a energia acumulada. Os polímeros sugam novamente a água e começam a se expandir. Quando a força de van der Waals é vencida, as nanopartículas de ouro são rapidamente empurradas para fora, como uma mola.

"É como uma explosão," afirma o professor Tao Ding, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. "Nós temos centenas de bolas de ouro voando para todos os lados em um milionésimo de segundo, quando as moléculas de água inflam os polímeros em torno delas."

Nanomotor a vapor

Nanomotor a vapor explode com alta eficiência
Agora só falta domar as nanopartículas, que operam com alta eficiência energética. [Imagem: Tao Ding et al. - 10.1073/pnas.1524209113]

"Nós sabemos que a luz pode aquecer a água para os motores a vapor. Mas agora podemos usar a luz para alimentar um motor a pistão em nanoescala," acrescentou o coautor do trabalho, Ventsislav Valev.

É necessário observar que a equipe não construiu um motor a pistão, embora vislumbre a possibilidade de uso da explosão para isso. Ou seja, antes de pensar em usos práticos, a equipe terá que descobrir uma forma de domar suas nanopartículas, para que seu nanomotor não se torne uma simples "nanogranada".

Parece valer a pena o esforço, já que as forças exercidas pelo nanoatuador são várias ordens de magnitude maiores do que as feitas por qualquer outro dispositivo já demonstrado, com uma força por unidade de peso quase uma centena de vezes melhor do que qualquer motor ou músculo artificial.

Segundo os pesquisadores, seus nanomotores também são biocompatíveis, baratos de fabricar, respondem rapidamente e têm elevada eficiência energética.

Bibliografia:

Light-induced actuating nanotransducers
Tao Ding, Ventsislav K. Valev, Andrew Salmon, Chris J. Forman, Stoyan K. Smoukov, Oren A. Scherman, Daan Frenkel, Jeremy J. Baumberg
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Early Edition
DOI: 10.1073/pnas.1524209113




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