Команда учёных из Инженерной школы имени Кокрелла при Техасском университете сконструировала и испытала самый маленький и одновременно самый быстрый наномотор в мире. Устройство также отличается способностью работать дольше, чем любые аналоги. Возглавляла группу учёных профессор Дунлэй Фань (Donglei Fan).

Миниатюрный двигатель по размерам может сравниться с единичной человеческой клеткой. Поэтому разработчики сразу придумали практическое применение устройству: мотор будет питать микророботов, которые доставят лекарства прямо к поражённым клеткам, не затрагивая здоровые ткани.

Рис. 1. Инженеры из Техаса создали самый быстрый, мощный, выносливый и компактный наномотор в мире (иллюстрация University of Texas).

В будущем, когда такая технология будет отлажена и дополнительно модернизирована, онкобольной сможет просто глотать пилюлю, состоящую из орды нанороботов. Боты будут доставлять губительные для раковых клеток препараты прямо к опухоли. Побочных эффектов, от которых сегодня страдают миллионы пациентов, не будет, поскольку здоровые ткани не будут повреждены.

Именно для этих целей техасские инженеры и создали наномотор. Очевидно, что он должен обладать двумя ключевыми характеристиками: способностью к продолжительной работе и гибкостью для широкого спектра применений.

Инженеры задались целью не просто создать устройство, соответствующее двум этим параметрам, но и сделать его конструкцию максимально простой, чтобы дальнейшее коммерческое производство не вызывало проблем и не требовало дорогостоящего оборудования.

Рис. 2. Чем быстрее вращается мотор, тем скорее высвобождаются наночастицы с его поверхности (иллюстрация University of Texas).

Наномотор состоит из трёх частей — нанопровода, наномагнита и микроэлектрода. Фань и её коллеги объединяли их вместе поэтапно, используя запатентованную методику чередования электрических полей постоянного и переменного тока.

Полученное устройство по диаметру, высоте и длине не превышает одного микрометра. Таким образом, его можно поместить прямо внутрь единичной клетки. Наномотор способен на протяжении 15 часов непрерывно преобразовывать электрическую энергию в механическую и поддерживать скорость движения 18 тысяч оборотов в минуту, что сопоставимо со скоростью реактивного двигателя.

В своей отчётной статье, опубликованной в журнале Nature Communications, Фань и её коллеги отмечают, что,

помимо всего прочего, наномотор обладает прекрасной управляемостью. В любой момент его можно включить или выключить, задать вращение по часовой или против часовой стрелки, а также запустить синхронизацию с другими моторами для лучшей работы.

Рис. 3. Разработка будет интегрирована в нанороботов, которые будут искать поражённые клетки, сами диагностировать заболевание и выдавать нужное лекарство (иллюстрация University of Texas).

Когда поверхность наномотора покрыта биохимическими веществами, он высвобождает их пропорционально его текущей скорости. Поэтому в принципе уже один только наномотор может доставлять лекарства, не будучи интегрированным в наноробота.

«Мы научились контролировать скорость высвобождения молекул посредством управления вращением мотора. Это означает, что наше устройство является первым в мире ботом с контролем высвобождения наночастиц. Мы считаем, что это большой прорыв в сфере целевой доставки лекарств», — говорит Фань.

В дальнейшем инженеры планируют проверить, насколько точно сможет наномотор доставлять лекарства и сможет ли он обходить здоровые ткани. Однако Фань сообщила, что, скорее всего, наномоторы будут интегрированы в роботов, специально запрограммированных на целевую доставку препаратов к больным клеткам тела, диагностику и поиск очага заболевания.