El motor más pequeño del mundo está hecho de oro y polímeros

Investigadores de la universidad de Cambridge (Reino Unido) han desarrollado el motor más pequeño del mundo -con un tamaño de sólo unas pocas millonésimas de metro- que utiliza la luz para obtener energía.

Este motor a nanoescala podría constituir la base de futuras nanomáquinas que podrían desplazarse por el agua, percibir el entorno que les rodea, o incluso entrar en las células vivas para luchar contra enfermedades, explica la universidad en una nota.

El dispositivo prototipo está hecho de diminutas partículas de oro cargadas, unidas entre sí en forma de gel mediante polímeros sensibles a la temperatura. Cuando el nano-motor se calienta a una cierta temperatura con un láser, almacena grandes cantidades de energía elástica en una fracción de segundo, a medida que los recubrimientos de polímero expulsan toda el agua del gel y colapsan.

Esto tiene el efecto de forzar que las nanopartículas de oro se unan entre sí en grupos apretados. Pero cuando se enfría el dispositivo, los polímeros absorben agua y se expanden, y las nanopartículas son separadas fuerte y rápidamente, como un resorte. Los resultados se presentan en la revista PNAS.

"Es como una explosión", dice Tao Ding, del Laboratorio Cavendish, el Departamento de Física de Cambridge, y primer autor del artículo. "Tenemos cientos de bolas de oro dispersándose en una millonésima parte de un segundo cuando las moléculas de agua inflan los polímeros que hay alrededor de ellas."

"Sabemos que la luz puede calentar el agua para dar energía a las máquinas de vapor", dice el coautor del estudio Ventsislav Valev, ahora en la Universidad de Bath. "Pero ahora podemos utilizar la luz para alimentar un motor de pistones a nanoescala."

Ciencia ficción

Los científicos sueñan desde hace tiempo con las nano-máquinas, pero dado que las formas de llevarlas a la realidad aún están por desarrollar, han permanecido en el campo de la ciencia ficción. El nuevo método es "increíblemente" simple, pero puede ser extremadamente rápido y ejercer grandes fuerzas.

Las fuerzas ejercidas por estos diminutos dispositivos son varios órdenes de magnitud mayores que las de cualquier otro dispositivo producido con anterioridad, con una fuerza por unidad de peso casi cien veces mejor que cualquier motor o músculo. Según los investigadores, los dispositivos también son bio-compatibles y su fabricación es rentable, responden con rapidez y son eficientes energéticamente.

El profesor Jeremy Baumberg, del Laboratorio Cavendish, que dirigió la investigación, ha llamado a los dispositivos ANTs (hormigas), siglas de nano-transductores actuantes. "Al igual que las hormigas reales, producen grandes fuerzas en proporción a su peso. El reto al que nos enfrentamos ahora es cómo controlar esa fuerza para aplicaciones de nano-máquinas".

La investigación sugiere cómo convertir la energía de Van de Waals -la atracción entre átomos y moléculas- en energía elástica de polímeros y liberarla muy rápidamente. "Todo el proceso es como un nano-resorte", dice Baumberg. "La parte clave aquí es que hacemos uso de la atracción de Van de Waals de partículas de metales pesados ​​para ajustar los resortes (polímeros) y las moléculas de agua para liberarlos, lo cual es muy reversible y reproducible."

El equipo está trabajando actualmente con Cambridge Enterprise, el brazo de comercialización de la Universidad, y varias otras empresas con el objetivo de comercializar esta tecnología para bio-aplicaciones en microfluídica.

Referencia bibliográfica:

Tao Ding, Ventsislav K. Valev, Andrew R. Salmon, Chris J. Forman, Stoyan K. Smoukov, Oren A. Scherman, Daan Frenkel y Jeremy J. Baumberg: Light-induced actuating nanotransducers. PNAS (2016). DOI: 10.1073/pnas.1524209113.