Minuscule propeller verspreidt medicijn

Het zijn de snelste en langst aan één stuk door bewegende machientjes, de elektrisch aangedreven nanomotoren die ingenieurs uit Texas onlangs ontwierpen. De draaiende motoren moeten op een dag dienen als motor voor piepkleine apparaatjes die kankercellen opzoeken en uitschakelen.

11 juni 2014

De onderdelen van de elektrische nanomotor. Het gouden nanodraadje lift bovenop de magneet.
University of Texas

Het is een belofte van de nanotechnologie: minuscule apparaatjes van slechts tientallen nanometers groot die door het lichaam kunnen bewegen. Bijvoorbeeld om op het juiste moment insuline af te leveren in mensen met suikerziekte. Of om kankercellen op te sporen en te vernietigen zonder dat gezonde cellen er schade van ondervinden.

Zulke nog te ontwerpen machientjes moeten ergens energie vandaan halen om te bewegen. Technische wetenschappers van de Universiteit van Texas bouwden onlangs een supersnelle nanomotor die elektrische energie omzet in beweging. En dat 15 uur achter elkaar. Het synthetische motortje is 500 keer kleiner dan één zoutkorrel. In het wetenschapsblad Nature Communications beschreven ze het ontwerp, de onderdelen en de draaiende beweging van zo’n nanomotor.

Opgebouwd uit losse onderdelen

De Texaanse nanomotoren zijn opgebouwd uit drie piepkleine, losse onderdelen. Een gouden nanodraadje, dat dienst doet als ronddraaiende propeller, ligt op een miniatuurmagneet die het gewicht droeg. Verder zitten er nog micro-elektroden aan vast om de stroom te geleiden. De volledige nanomotor is kleiner dan één micrometer, waardoor het apparaatje in principe in een menselijke cel past.

De onderzoekers ontwikkelden een techniek met wisselstroom, gelijkstroom en magnetische krachten waarmee ze het motortje konden aan- en uitzetten.

Uit experimenten bleek dat de motor vijftien uur aan één stuk door kan ronddraaien met een snelheid van 18.000 rondjes per minuut: dezelfde snelheid als waarmee de schroef van een vliegtuigmotor ronddraait. Het team claimt hiermee de snelste nanomotoren tot nu toe te hebben gemaakt; andere varianten draaiden niet sneller dan 5000 rondjes per minuut en hielden dat slechts enkele minuten vol.

#t=57

Medicijnen afgeven

Met hun elektrische aangedreven nanomotor heeft het team laten zien controle te hebben over de acties van nanomotoren, wat in de praktijk vaak lastig blijkt. Ze konden de snelheid en de richting waarin de propeller draait, met de klok mee of tegen de klok in, aanpassen door te spelen met het elektrisch veld.

En het afgeven van medicijnen? Daarmee is ook al geoefend. De onderzoekers bedekten het oppervlak van de nanomotors met biochemische moleculen. Vervolgens lieten ze de motor in beweging komen. Hoe sneller de propeller draaide, hoe sneller de moleculen werden afgegeven (zie het Engelstalige filmpje hierboven).

Tot zover zijn de nanomotoren alleen getest in het laboratorium in vloeistoffen die niet vergelijkbaar zijn met die in een levende cel. In de volgende experimenten gaan de onderzoekers de motortjes testen in een omgeving met levende cellen. Want daar draait het straks natuurlijk om.

Bron:

Kwanoh Kim e.a., ‘Ultrahigh-speed rotating nanoelectromechanical system devices assembled from nanoscale building blocks’, Nature Communications, online publicatie op 7 april 2014. doi:10.1038/ncomms4632
Persbericht van de Universiteit van Texas