爱因斯坦曾预言：“未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军。”在向宇宙昂首迈进时，人类也将足迹深入到物质内部，在纳米尺度上用各种微粒构建了一个微观世界。在医学领域，基因组测序等基础工作让我们对生命和疾病有了细胞尺度上的认识，也为纳米技术为健康服务提供了机会。

科学家们一直梦想能够研制出纳米微小机器。而纳米发动机是开发纳米微小机器的重要一步，微型机器能注入人体内，控制胰岛素以治疗糖尿病，瞄准或攻击癌细胞而不伤害其他正常细胞。当然，微小机器还有很多其他的用处，比如水中导航、环境感应等等。可想而知，纳米发动机绝对不是普通发动机的缩微版，它要应用全新的机动方式。但由于一直以来没有找到理想的驱动方式，目前纳米机器在很大程度上还只处于实验室研究阶段中。

图：剑桥大学研发的纳米发动机：扩张的金纳米粒子

近日，英国剑桥大学科学家研制出迄今全球最小的纳米发动机“蚂蚁”（ANTs），它采用光驱动，大小只有十亿分之几米，该蚂蚁纳米发动机不仅非常简单，而且能施加很大的驱动力。此研究成果发表在最新一期的《美国国家科学院院刊》上。

实际上，早在2014年5月，美国德克萨斯大学奥斯汀分校科学家曾经就制造出了当时世界上最小、最快，而且运转时间最长的微型发动机。该发动机比一粒盐要小500倍，能把电能转化为机械运动，达到每分钟18000转，相当于喷气式飞机上发动机的转速，而且能连续旋转15小时。剑桥大学此次研发的纳米发动机是使用光驱动，而美国科学家之前研发的纳米发动机是依靠电场来控制纳米发动机。

图：美国德克萨斯大学奥斯汀分校科学家研发的纳米发动机

而这次剑桥大学科学家研发的纳米发动机装置由凝胶状聚合物包裹带电金纳米粒子形成。这种聚合物能对温度作出响应，当纳米发动机被激光加热到某一温度，随着聚合物包裹层将凝胶内的水排出并“崩塌”，会在瞬间存储大量弹性能量，迫使金纳米粒子紧紧依附成簇。当这一装置冷却时，聚合物吸收水并膨胀，此过程会产生巨大驱动力，使金纳米粒子像弹簧一样很快分离开。该研究论文第一作者、剑桥大学卡文迪许实验室丁涛（音译）博士解释道：“当水分子使周围聚合物膨胀时，数百个金球会瞬间分离。”

研究人员称，新设备施加的驱动力比以前研制出的其他设备大几个数量级，而且制造成本低，兼容性好，反应迅速。负责这项研究的卡文迪许实验室的杰里米·布隆伯格将这一纳米发动机命名为“蚂蚁”。他解释说：“这种装置就像蚂蚁一样，能产生远大于其质量的力量。我们现在面临的挑战是如何更好地对这种力进行控制，从而用于纳米机器中。”目前，该研究团队正同剑桥大学的商业机构以及其他公司合作，希望将这一技术商业化。

近年来，采用激光供能的纳米引擎越来越多，也越来越有希望。可以想象未来将光源在人体外一照，血管里的纳米机器人就能行动起来，替我们清除癌细胞。

文章链接：

Tao Ding et al. ‘Light-induced actuating nanotransducers.’ PNAS (2016). DOI: 10.1073/pnas.1524209113

（本文参考自：科技日报；由e科网整理编辑）

如若转载，请注明e科网。

如果你有好文章想发表or科研成果想展示推广，可以联系我们或免费注册拥有自己的主页