Een nanorobot wordt in het lichaam geplaatst om tumorcellen te vernietigen of verstopte aderen schoon te maken. Het is geen ‘science fiction’ maar een realistische voorstelling van de technologische mogelijkheden voor de nabije toekomst. Om nanomachines aan te drijven zijn krachtige nanomotoren nodig. Amerikaanse onderzoekers werken aan de ontwikkeling van deze motoren.
Een team wetenschappers van de University of California in San Diego en de Arizona State University in Tempe heeft extreem snel zwemmende nanostaafjes ontwikkeld (foto). De nanostaafjes leggen in 1 s een afstand af van 75 keer de eigen lengte. Daarmee benadert de wetenschap de snelheid van de effectiefste biologische nanomotoren, waartoe bepaalde bacteriën behoren.
Nanomotoren
De eerste eenvoudige toepassingen voor nanomotoren kunnen het versneld transport van farmaceutische middelen naar bepaalde doelen in het lichaam zijn, of het geleiden van analytische moleculen door de minuscule kanalen van diagnosesystemen in microchipformaat. De voorwaartse beweging door een vloeistof is echter niet zo onbelangrijk.
Een mogelijke ontwikkeling van nanomotoren die dit wel beheersen, zijn nanodraden die hun energieopwekking zelf katalyseren. Het gaat om nanoscopische staafjes, waarvan de uiteinden uit twee verschillende metalen bestaan. Ze hebben geen eigen tank zoals macroscopische motoren, maar bewegen in een medium, dat geschikte energie bevat.
De klassiekers zijn goud-platina-nanostaafjes, die met waterstofperoxide als energiedrager 10 µm/s tot 20 µm/s afleggen. Het team wetenschappers heeft de nanostaafjesmotoren beduidend verbeterd: er worden snelheden bereikt boven 150 µm/s als het gouden deel door een deel van een zilver-goudlegering wordt vervangen.
Werking
Hoe functioneert deze nanomotor? Het platina deel katalyseert de splitsing van waterstofperoxide (H2O2) in zuurstof (O2) en protonen (H+). Het edelmetaal neemt de overtollige elektronen op. Deze verplaatsen naar het zilver-goudelement, waar ze aanzetten tot een reductiereactie van H2O2 en protonen tot water. Het vrijkomende zuurstof en water zorgen voor een kleine stroming die het nanostaafje door de vloeistof stuwt, met de platina kant voorop. De zilver-goud legering zorgt voor een snellere overdracht van elektronen.
Daarmee verloopt het opwekken van energie sneller en het staafje wordt daardoor sneller voortgestuwd. De snelheid van het staafje kan door het zilveraandeel in de legering worden geregeld. Andere toevoegingen of een variatie van het platinasegment zullen de staafjes naar verwachting nog sneller maken.
