Новое исследование из лаборатории Томаса Mallouk показывает, как ракеты на микроуровне «,» питание от акустических волн, и на борту пузырь мотор, можно ездить по 3D пейзажи клеток и частиц с помощью магнитов. Исследование было сотрудничеством между исследователями Пенсильванского университета и Университета Сан-Диего, Институт технологии Харбин в Шэньчжэнь и Университет штата Пенсильвания, где исследование первоначально проводилось, и было опубликовано в наука развивается.
История происхождения крошечные ракеты начался с фундаментальных научных вопрос: не могли бы ученых проектирования нано — и микромасштабе судов, которые используют химические вещества для топлива к путешествию через человеческое тело? Пятнадцать лет исследований Mallouk и другие показали, что короткий ответ был «да», но исследователи сталкиваются со значительными барьерами для использования этих судов в биомедицинских приложениях, потому что химикаты, которые они использовали для топлива, такие как перекись водорода, были токсичны.
Такое «случайное» открытие привело Mallouk и его группу, чтобы сосредоточиться на использовании совершенно иной тип топлива: звуковые волны. При попытке переместить свои ракеты с акустической левитации, процесс, используемый, чтобы поднять частицы с помощью микроскопа слайдов с высокочастотные звуковые волны, группа с удивлением обнаружила, что УЗИ сделали роботы двигаться при очень быстрых скоростях. Mallouk и его команда решили глубже изучить этот феномен, чтобы увидеть, если они могли бы использовать высокочастотные звуковые волны к власти своих крошечных судов.
Последний документ детали группы проектирования ракет на микроуровне, напоминающее круглым дном стакана 10 мкм в длину и 5 мкм в ширину, или о размере частиц пыли. Округлые чашки изготовлены методом 3D-печати с использованием лазерной литографии и содержать наружный слой золота и внутренним слоями никеля и полимера. Лечение с гидрофобными химическими золото литое вызывает воздушный пузырь в форму и стать в ловушке внутри полости ракеты.
В присутствии ультразвуковых волн, пузырь внутри ракеты, возбуждаемых высокочастотных колебаний на границе раздела вода-воздух, который превращается в пузырь в бортовой мотор. Тогда ракеты можно управлять с помощью внешнего магнитного поля. Каждого отдельного ракета имеет собственную резонансную частоту, это означает, что каждый член флота может управляться независимо от остальных. Крошечные ракеты также невероятно адепт способен проехать до микроскопических лестниц и свободно плавать в трех измерениях с помощью специальных ребер.
Одна из самых уникальных особенностей этой ракеты является их способность перемещать других частиц и клеток с высокой точностью, даже в людных местах. Роботизированная сосуды могут либо толкать частицы в нужном направлении или использовать «тяговый луч» подход, чтобы вытащить объекты с привлекательной силой. Mallouk говорит возможность толкать объекты, не нарушая окружающей среды «не существующих в более широком масштабе», добавив, что подход притягивающего луча, используемого крупных сосудов не так хорош в точных движениях. «Есть много вы можете сделать в таком масштабе длины», — добавляет он.
В данный конкретный размер, ракеты достаточно большие, не находится под влиянием броуновского движения, случайные и беспорядочные колебания, испытываемые частицами размером от нанометра, но достаточно малы, чтобы перемещать предметы без ущерба окружающей среде вокруг них. «В таком масштабе длины, мы прямо в точку кроссовера между тем, когда питание достаточно, чтобы повлиять на других частиц», — говорит Mallouk.
Путем увеличения или уменьшения количества акустической «топлива» исследователи дают ракеты, они также могут контролировать скорость мельчайшие сосуды. «Если я хочу ехать медленно, я могу включить питание, и если я хочу, чтобы это пойти очень быстро, я могу превратить власть», — объясняет Джефф Макнил, аспирант, который работает на нано — и микроуровне автотранспортных проектов. «Это очень полезный инструмент».
Mallouk и его лаборатории уже изучает ряд возможных направлений дальнейших исследований, включая способы приведения в действие ракет с легкими, и делая даже небольшие ракеты, которые будут быстрее и сильнее их размер. Будущего сотрудничества с инженерами и робототехников Пенсильванского университета, в том числе Дэн Хаммер, Марк Мискин, Виджай Кумар, Джеймс Пикуль, и Кэтлин Штебе, могу помочь сделать ракеты «умными», позволяя им наряд сосуды с компьютерных чипов и сенсоров, чтобы дать им самостоятельность и интеллект.
Так как группа считает широкий лечебный потенциал микро-ракеты из медицинской визуализации нано-робототехники Mallouk говорит: «Мы бы хотели управляемых роботов, которые смогут выполнять задачи внутри организма: доставить медикаменты, Ротор болельщик артерий, диагностика сунулись.»
Это исследование было поддержано Национальным научным фондом Грант ДМР-1420620, которая финансирует государство Пенн для наноразмерных науки, материалы научных исследований, научно-инженерного центра, который поддерживает совместные, междисциплинарные исследования в области наноразмерных материалов.
Томас Mallouk профессор Vagelos в энергетические исследования в отделе химии в школе искусств и наук в Университете Пенсильвании.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!