Французские исследователи из Института Молекулярных Наук предлагают новый двигатель для металлических микро- и нанообъектов.

Новый принцип перемещения таких систем основан на сравнительно новой концепции биполярных электрохимических процессов – при приложении электрического поля один конец металлического объекта растворяется, а другой – отрастает. Благодаря постоянной саморегенерации металлические объекты могут перемещаться со скоростью около сотни микрометров в секунду. Результаты работы могут оказаться полезными для различных областей – от наномедицины до микромеханики.

Рис. 1. Диаграмма, демонстрирующая принцип биполярной саморегенерации. (Рисунок из J. of the Am. Chem. Soc., 2010, DOI:10.1021/ja107644×).

Для инициирования направленного контролируемого движения нано- или микрообъектов в настоящее время используется несколько подходов. Наиболее развивающимся в сейчас считается подход, в рамках которого исследователи стараются использовать так называемые «топливные молекулы» («fuel molecules»), которые, разлагаясь, могут приводить в движение несимметричный объект. Другое потенциальное направление основано на воспроизводстве и моделировании природных систем, например, движения бактерии.

Два исследователя из Бордо впервые показали, что движение микрообъекта может быть вызвано за счет применения нового подхода – биполярной электрохимии. Приложение к металлическим объектам электрического поля приводит к возникновению на различных концах этих объектов различных зарядов – на одном конце заряд положительный, на другом – отрицательный. Такой поляризации оказывается достаточно для того, чтобы индуцировать противоположные окислительно-восстановительные реакции на обеих сторонах металлического объекта. С одного конца металл растворяется, и его ионы переходят в раствор, а с другого (если в растворе присутствует соль этого же металла) – восстанавливается, свободный металл осаждается на «катодном» конце металлического объекта.

Таким образом происходит саморегенерация металлического объекта, заставляющая его двигаться, при этом объект движется поступательно по направлению к электроду, а скорость его перемещения задается разностью потенциалов между электродами.

Рис. 2. Пример перемещающегося дендрита цинка. (Рисунок из J. of the Am. Chem. Soc., 2010, DOI:10.1021/ja107644×).

Несомненным преимуществом нового метода является то, что для инициирования движения подобным способом нет необходимости в каком-либо топливе. Более того, такие металлические микромоторы могут быть приспособлены для перемещения «полезной загрузки» в определенном направлении и разрушения после выполнения задания.

По материалам: