نانو موتوری که با فوتون کار می‌کند

[masi eng 47,044]

محققان دانشگاه فلوریدا با استفاده از قوانین علم فیزیک نوع جدیدی از نانوموتورهای مولکولی را تولید کرده‌اند که نیروی محرکه آن تنها فوتون‌ها هستند.

 

 

این نانوموتور اولین نمونه موجود در نوع خود نیست، اما دارای یک ویژگی بسیار مهم است که آن را از سایر نانوموتورها متمایز می‌کند.

نانوموتور دانشگاه فلوریدا تنها از یک مولکول dna ساخته شده است. سادگی این نانوموتور موجب افزایش انعطاف‌پذیری آن شده و هنگامی که از این نانوموتور دردنیای واقعی استفاده شود به سادگی می‌توانی آن را بسته به نیازهای خود تغییرداده و در زمینه‌های مختلفی از دارورسانی گرفته تا تولید تجهیزات و ابزارهای مختلف در مقیاس نانو به‌کار گرفت.

هواژی کنگ که دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه فلوریدا و یکی از اعضای گروه تولیدکننده نانوموتور است، در این رابطه می‌گوید : سرهم کردن این موتور به دلیل قطعات انگشت‌شمار آن بسیار ساده است و انتظار می‌رود کارآیی بهتری نسبت به سایر نانوموتورهای موجود داشته باشد.

لازم به ذکر است که اندازه این نانوموتور بسیار بسیار کوچک است، ولی کاربردهای گسترده‌ای دارد. اندازه نانوموتور در حالت جمع شده درحدود دو میلیاردم متر است، اما زمانی که باز شود و شروع به کار کند ابعاد آن به 10 تا 12 نانومتر می‌رسد.

بر اساس تحقیقات انجام گرفته، نانوموتور در مقایسه با سلول‌های خورشیدی درصد بسیار بیشتری از انرژی خورشید را به کار می‌گیرد. البته نیروی حاصل از این نانوموتور به دلیل ابعاد بسیار کوچک آن ناچیز به نظر می‌رسد، اما مقیاس این موتور به هیچ‌وجه موجب محدودیت استفاده از آن نخواهد شد.

در آینده ای نه‌چندان دور، این نانوموتور در ابزارهای میکروسکوپی به کار گرفته می‌شود و می‌تواند سلول‌های صدمه دیده را ترمیم کند یا با ویروس‌ها و باکتری‌ها مبارزه کند. البته از نظر منطقی ابزارهایی‌ که با استفاده از نانوموتور ساخته می‌شوند، مانند نمونه‌های بزرگتر که در زندگی روزمره ما کاربرد دارد، نیازمند یک منبع تامین انرژی است.

از آنجا که نانوموتور موردبحث از dna ساخته شده است، از لحاظ زیستی نیز با سلول‌های زنده سازگار است. یکی دیگر از مزایای چشمگیر نانوموتور این است که در فرآیند تبدیل انرژی نور به حرکت هیچ‌گونه ضایعاتی را برجای نمی‌گذارد.

به گفته یان چن، دانشجوی مقطع دکتری در رشته شیمی و یکی از اعضای گروه تحقیقاتی دانشگاه فلوریدا ، تهیه و آماده‌سازی مولکول‌های dna ساده و ارزان است و به‌سادگی می‌توان آن را تکثیر کرد؛ به علاوه این مولکول‌ها کاملاً ایمن هستند.

با تمام این اوصاف استفاده از نانوموتورها در زندگی روزمره چندان آسان نیست. به این معنی که اگر بخواهیم با استفاده از نانوموتورها یک خط تولید راه‌اندازی کنیم یا اتومبیلی را به‌حرکت درآوریم باید میلیاردها نانوموتور را به‌طور همزمان به‌کار گیریم و این نانوموتورها باید کاملاً هماهنگ با هم عمل کنند.

ویهونگ تن، استاد شیمی و زیست‌شناسی و رهبر گروه تحقیقاتی دانشگاه فلوریدا می‌گوید : چالش اصلی ما این است که چطور پس از برخورد نور خورشید با موتور نیروی حاصل از آن را در سطح مولکولی جمع‌آوری و آن را به یک نیروی منسجم و متراکم تبدیل کنیم که در دنیای واقعی کارآیی داشته باشد؟

گروه تحقیقاتی دانشگاه فلوریدا در حال بررسی راه‌حل‌های ممکن برای این مساله است و تن نیز در این رابطه خوشبین است. او می‌گوید : بعضی از نانوساختارهایی که از جنس dna‌ هستند، دارای نانوموتورهایی هستند که به نور عکس‌العمل نشان داده و حرکات مولکولی نانو ساختار را به‌منظور حصول یک نیروی منسجم، هماهنگ می‌کنند.

گروه تحقیقاتی دانشگاه فلوریدا به‌منظور تولید نانوموتور،‌یک مولکول dna را که در لابراتوار کمی تغییر یافته بود، با آزوبنزن ترکیب کردند. آزوبنزن یک ترکیب شیمیایی است که نسبت به نور عکس‌العمل نشان می‌دهد.

حضور یک فوتون با انرژی بالا تنها نتیجه یک رخداد و آن هم کاهش انرژی فوتون مجاور است. محققان در آزمایشی یک گسیل‌گر نور را به یک انتهای نانوموتور متصل کردند تا نحوه حرکت آن را ببینند. انتهای دیگر نانوموتور به یک ابزار جاذب متصل بود که پرتوهای نورگسیل شده را جذب می‌کرد. تجهیزات مورد استفاده گروه تحقیقاتی، شدت نور گسیل شده متناظر با حرکت نانوموتور را ثبت کرد.

ریچارد زیر، استاد رشته شیمی و رییس دانشکده شیمی در دانشگاه استنفورد در این رابطه می‌گوید : تشعشع، موجب حرکت اشیاء مختلف از عقربه دستگاه تابش‌سنج گرفته تا تغییر جهت گل آفتاب‌گردان به سمت خورشید، می‌شود. کاری که پروفسور تن و همکارانش انجام دادند، این است که یک نانوموتور از جنس dna را به‌گونه‌ای هوشمندانه و دقیق تولید کردند که نسبت به پرتوهای نور عکس‌العمل نشان می‌دهد. به اعتقاد من این نانومتور اولین نمونه موجود درنوع خود است.

با توجه به اینکه نانو موتور ساخته شده بسیار کوچک و کم حجم بوده و هیچ صدمه‌ای به محیط زیست وارد نمی‌کند و مهمتر از آن انرژی موردنیاز برای راه‌اندازی آن کاملاً رایگان است، پیش‌بینی می‌شود که در آینده‌ای نه چندان دور به همراه سلول‌های خورشیدی به‌طور چشمگیر مورد استفاده قرار گیرد.

 

منبع:ایرنا