结果描述了这些微小的合成方式纳米机器人在迷宫般的环境中，它们能非常有效地逃离洞穴。这些纳米游泳器有一天可能被用来修复受污染的土壤，改善水的过滤，甚至将药物运送到身体的目标区域，比如致密区域组织．
“这是一个全新的现象的发现，它指向了广泛的潜在应用领域，”该论文的资深作者丹尼尔·施瓦茨(Daniel Schwartz)和格伦·l·墨菲化学和生物工程教授说。
根据施瓦茨的说法，这些纳米百莫尔大约20年前的理论物理界的注意力，人们想象着一系列丰富的现实应用。但遗憾的是，这些有形的应用程序尚未实现，部分是因为在相关环境中观察和模仿他们的运动是非常困难的。
这些纳米摩尔也称为Janus颗粒（以罗马双向神命名）是由聚合物或二氧化硅组成的微小球形颗粒，在球体的每一侧具有不同的化学性质。一个半球促进了要发生的化学反应，但不是另一个。这产生了一种化学领域，其允许颗粒从环境中取能量并将其转换为定向运动 - 也称为自推进。
“在生物学和生物体中，细胞推进是导致运动发生的主要机制，但在工程应用中，它很少使用。我们的工作表明，我们可以通过自我推进能做很多，“Schwartz说。
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相反，随机移动的被动粒子（一种称为褐色运动）的动作被称为褐色颗粒。他们以19世纪的科学家罗伯特·布朗命名，他将这些事情作为悬浮在水中的花粉晶粒随机运动。
研究人员将这些被动褐色颗粒转化为Janus颗粒（纳米宽默）进行这项研究。然后，他们制造了这些自推进的纳米宽度尝试通过多孔介质制成的迷宫，并将它们与被动褐色颗粒相比，他们发现逃逸路线的效率和有效。
“这是一种全新的现象，具有广阔的应用前景。”
甚至对研究人员来说，结果令人震惊。
Janus粒子在逃离迷宫中的洞穴时非常有效——比布朗粒子快20倍——因为它们策略性地沿着洞穴壁移动，寻找洞穴，这使它们能够非常迅速地找到出口。它们的自我推进能力似乎也给了它们通过迷宫出口所需的能量。
“我们知道纳米机器人有很多应用，尤其是在非常有限的环境中，但我们真的不知道它们如何移动，以及与传统布朗粒子相比有什么优势。这就是我们开始比较这两者的原因，”该论文的第一作者、化学与生物工程研究生吴海超(音译)说。“我们发现，纳米游泳者能够使用一种完全不同的方式在这些迷宫环境中搜索。”
虽然这些粒子非常小，大约250纳米——仅仅比一根头发(160纳米)宽，但仍然比一个大头针(1-2毫米)小得多——这项工作是可扩展的。这意味着这些颗粒可以在人体组织那样微小的空间中航行和渗透，运送货物和药物，也可以穿过地下土壤或沙滩，清除不必要的污染物。
纳米百莫姆斯蜂拥而至
这一研究线的下一步是了解纳米姆莫尔如何在狭窄环境中的群体中的组合，或与被动粒子组合。“在开放环境中，纳米摩尔人众所周知，显示出的紧急行为行为 - 这是其零件的总和 - 模仿鸟类或鱼类学校的蜂拥而至的蜂蜜运动。施瓦茨说，这是研究它们的推动力是很多动力。“
达到这一目标的主要障碍之一是能够观察和理解这些微粒在包括复合互连空间的材料内深入的3D运动的困难。
吴通过在多孔介质中使用折射率液体来克服这种障碍，这是影响快速透过材料的液体的液体。这使得迷宫基本上是看不见的，同时使用称为双螺旋点扩散函数显微镜的技术观察3D粒子运动。
这使WU能够跟踪粒子的三维轨迹并创造视觉表示，从纳米颗粒的典型2D建模中产生视觉表示。如果没有这种进步，则无法更好地理解纳米宽度的各个或组的运动和行为。
“本文是第一步：它提供了一个模型系统和成像平台，使我们能够回答这些问题，”吴说。“下一步是使用这种模型具有更大的纳米锭，研究它们如何在狭窄的环境中互相互动。”
这项研究发表在美国国家科学院院刊．
来源：科罗拉多大学博尔德分校
