Η πιο… νάνο νανομηχανή. Engineers build world's smallest, fastest nanomotor: Can fit inside a single cell

Χωράει μέσα σε ένα ανθρώπινο κύτταρο και κινείται με ταχύτητα αεριωθούμενου αεροπλάνου. Simple nanomotor. Engineers have built the fastest, smallest and longest-running nanomotor to date. The nanomotor is capable of drug delivery on a nanoscale. One day, nanomotors could lead to the development of tiny devices that seek out and treat cancer cells. Credit: Image courtesy of University of Texas at Austin

Μια νανομηχανή μικρότερη από κάθε άλλη στον κόσμο, η οποία χωράει μέσα σε ένα ανθρώπινο κύτταρο και κινείται με ταχύτητα αεριωθούμενου αεροπλάνου επί 15 συνεχόμενες ώρες, κατασκεύασαν Αμερικανοί ερευνητές. Είναι η πιο μικρή, η πιο γρήγορη και η μεγαλύτερης διάρκειας συνθετική νανομηχανή, που έχει ποτέ δημιουργηθεί.

Το επίτευγμα

Cockrell School of Engineering assistant professor Donglei (Emma) Fan and her mechanical engineering team have built the fastest, smallest nanomotor to date. The team's nanomotor could enable controlled drug delivery on the nanoscale. One day, nanomotors could power tiny devices that seek out and treat cancer cells inside the body.

Οι ερευνητές της Σχολής Μηχανικής του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Όστιν, με επικεφαλής την επίκουρη καθηγήτρια μηχανολόγο μηχανικό Ντονγκλέι Φαν δήλωσαν ότι για πρώτη φορά δημιουργείται μια νανομηχανή με μεγάλη ισχύ η οποία μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική κίνηση.

Ολες οι διαστάσεις της μηχανής, που έχει συναρμολογηθεί από τρία ξεχωριστά μέρη, είναι κάτω του ενός μικρομέτρου (εκατομμυριοστού του μέτρου), δηλαδή είναι 500 φορές μικρότερη από έναν κόκκο αλατιού. Η ταχύτητά της φθάνει τις 18.000 στροφές ανά λεπτό, όσες περίπου έχει και η μηχανή ενός αεροπλάνου τζετ. Συγκρίσιμες σε μέγεθος νανομηχανές έχουν πετύχει ταχύτητες της τάξης μόλις των 14 έως 500 στροφών ανά λεπτό, ενώ δεν έχουν καταφέρει να δουλέψουν για πάνω από λίγα λεπτά (και όχι για 15 ολόκληρες ώρες όπως η νέα μηχανή).

Οι εφαρμογές

Το νέο επίτευγμα αποτελεί σημαντικό βήμα προόδου στο συνεχώς ανερχόμενο πεδίο των νανοηλεκτρομηχανικών συστημάτων (NEMS), το οποίο φιλοδοξεί να δημιουργήσει ολοένα μικρότερες, ενεργειακά αποδοτικότερες και φθηνότερες μηχανές. Τέτοιες νανομηχανές μπορεί μελλοντικά να βρουν διάφορες πρακτικές εφαρμογές, κυρίως στο πεδίο της ιατρικής. Μεταξύ άλλων, μπορεί να μετακινούνται μέσα στο ανθρώπινο σώμα, ρυθμίζοντας την ινσουλίνη των διαβητικών ή μεταφέροντας αντικαρκινικά φάρμακα σε επιλεγμένους στόχους (μόνο στα καρκινικά κύτταρα και όχι στα γειτονικά υγιή).

Οι Αμερικανοί ερευνητές δοκίμασαν τις δυνατότητες της μηχανής τους στη στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων, επικαλύπτοντάς την με βιοχημικές ουσίες. Διαπίστωσαν ότι όσο πιο γρήγορα περιστρεφόταν η νανομηχανή, τόσο πιο γρήγορα απελευθέρωνε τα φάρμακα στο περιβάλλον της. Όπως είπε η Φαν, «μπορέσαμε να ελέγξουμε την ταχύτητα απελευθέρωσης μορίων μέσω της μηχανικής περιστροφής, που σημαίνει ότι η νανομηχανή μας είναι η πρώτη του είδους της, η οποία είναι σε θέση να απελευθερώσει φάρμακα με ελεγχόμενο τρόπο από την επιφάνεια των νανοσωματίδων».

Οι ερευνητές κατάφεραν να ενεργοποιούν και να απενεργοποιούν την μηχανή κατά βούληση, καθώς επίσης να την υποχρεώνουν να περιστρέφεται είτε με τη φορά των δεικτών του ρολογιού, είτε αντίστροφα. Επίσης μπορούν να τοποθετούν τις νανομηχανές σε παράταξη και να τις κινούν με συγχρονισμένο τρόπο, πράγμα που αυξάνει την αποτελεσματικότητά τους, ιδίως όσον αφορά την ιδιότητά τους ως μεταφορέων φαρμάκων. Ήδη οι επιστήμονες σχεδιάζουν να αναπτύξουν και να ενσωματώσουν στη μηχανή νέα, πιο εξελιγμένα, μηχανικά και χημικά συστήματα, καθώς επίσης να κάνουν πειράματα με ζωντανά κύτταρα. Το επίτευγμα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Communications».

Ο «κυκλοφοριακός χάρτης» του Ηλιακού Συστήματος, Our solar system's space traffic revealed: Infographic plots every active spacecraft between the sun and interstellar space.

Εντυπωσιακό γράφημα που απεικονίζει όλα τα σκάφη και δορυφόρους που βρίσκονται στο Διάστημα. Outer Places has created a graphic that showcases the various active spacecraft currently in the solar system. This ranges from Nasa's Messenger spacecraft, the first ever to orbit Mercury, out to Voyager 1, which is now the first and only manmade object ever to reach interstellar space.

Ο δικτυακός τόπος Outer Places δημοσιεύει ένα πολύ ενδιαφέρον γράφημα στο οποίο απεικονίζονται όλα τα σκάφη και δορυφόροι που βρίσκονται σε αποστολές στο ηλιακό μας σύστημα. Το γράφημα παρουσιάζει τα σκάφη που βρίσκονται στις πιο κοντινές στη Γη αποστολές όπως αυτές στη Σελήνη αλλά και εκείνα που βρίσκονται πιο μακριά όπως το Voyager 1 που έχει εγκαταλείψει το ηλιακό μας σύστημα και ταξιδεύει πλέον στο διαστρικό κενό.

The busiest planet by some distance is Mars, which has been the subject of dozens of missions from various countries all over the world, starting with the Soviet Union back in the 1960s. Today there are three spacecraft in orbit, with two more joining later this year, and two active rovers on the surface: Opportunity and Curiosity.

Το γράφημα παρουσιάζει τα σκάφη και τους δορυφόρους που έχουν φτάσει στο σημείο της αποστολής τους και πραγματοποιούν έρευνες αλλά και εκείνα που βρίσκονται καθοδόν προς τους... στόχους τους.

Sometimes it’s easy to forget just how much of a presence humanity has in the solar system today. Aside from the multitude of satellites in orbit around our own planet there are dozens of active and defunct spacecraft currently located all over the place. And in this fantastic graphic created by Outer Places they’ve shown where almost all the active spacecraft in the solar system are, what they’re doing and what their status is.

ΥΓ: Εννοείται ότι το γράφημα παρουσιάζει τις μακρινές αποστολές και όχι τους εκατοντάδες δορυφόρους που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη και παρέχουν ερευνητικές, τηλεπικοινωνιακές και άλλες υπηρεσίες.