Η μικρότερη νανομηχανή είναι και η ταχύτερη

Μια νανομηχανή μικρότερη από κάθε άλλη στον κόσμο, η οποία χωράει μέσα σε ένα ανθρώπινο κύτταρο και κινείται με ταχύτητα αεριωθούμενου αεροπλάνου επί 15 συνεχόμενες ώρες, κατασκεύασαν Αμερικανοί ερευνητές. Είναι η πιο μικρή, η πιο γρήγορη και η μεγαλύτερης διάρκειας συνθετική νανομηχανή, που έχει ποτέ δημιουργηθεί.

Οι ερευνητές της Σχολής Μηχανικής του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Όστιν, με επικεφαλής την επίκουρη καθηγήτρια μηχανολόγο μηχανικό Ντονγκλέι Φαν δήλωσαν ότι για πρώτη φορά δημιουργείται μια νανομηχανή με μεγάλη ισχύ η οποία μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική κίνηση.

Όλες οι διαστάσεις της μηχανής, που έχει συναρμολογηθεί από τρία ξεχωριστά μέρη, είναι κάτω του ενός μικρομέτρου (εκατομμυριοστού του μέτρου), δηλαδή είναι 500 φορές μικρότερη από έναν κόκκο αλατιού. Η ταχύτητά της φθάνει τις 18.000 στροφές ανά λεπτό, όσες περίπου έχει και η μηχανή ενός αεροπλάνου τζετ. Συγκρίσιμες σε μέγεθος νανομηχανές έχουν πετύχει ταχύτητες της τάξης μόλις των 14 έως 500 στροφών ανά λεπτό, ενώ δεν έχουν καταφέρει να δουλέψουν για πάνω από λίγα λεπτά (και όχι για 15 ολόκληρες ώρες όπως η νέα μηχανή).

Το νέο επίτευγμα αποτελεί σημαντικό βήμα προόδου στο συνεχώς ανερχόμενο πεδίο των νανοηλεκτρομηχανικών συστημάτων (NEMS), το οποίο φιλοδοξεί να δημιουργήσει ολοένα μικρότερες, ενεργειακά αποδοτικότερες και φθηνότερες μηχανές. Τέτοιες νανομηχανές μπορεί μελλοντικά να βρουν διάφορες πρακτικές εφαρμογές, κυρίως στο πεδίο της ιατρικής. Μεταξύ άλλων, μπορεί να μετακινούνται μέσα στο ανθρώπινο σώμα, ρυθμίζοντας την ινσουλίνη των διαβητικών ή μεταφέροντας αντικαρκινικά φάρμακα σε επιλεγμένους στόχους (μόνο στα καρκινικά κύτταρα και όχι στα γειτονικά υγιή).

Οι Αμερικανοί ερευνητές δοκίμασαν τις δυνατότητες της μηχανής τους στη στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων, επικαλύπτοντάς την με βιοχημικές ουσίες. Διαπίστωσαν ότι όσο πιο γρήγορα περιστρεφόταν η νανομηχανή, τόσο πιο γρήγορα απελευθέρωνε τα φάρμακα στο περιβάλλον της. Όπως είπε η Φαν, «μπορέσαμε να ελέγξουμε την ταχύτητα απελευθέρωσης μορίων μέσω της μηχανικής περιστροφής, που σημαίνει ότι η νανομηχανή μας είναι η πρώτη του είδους της, η οποία είναι σε θέση να απελευθερώσει φάρμακα με ελεγχόμενο τρόπο από την επιφάνεια των νανοσωματίδων».

Οι ερευνητές κατάφεραν να ενεργοποιούν και να απενεργοποιούν την μηχανή κατά βούληση, καθώς επίσης να την υποχρεώνουν να περιστρέφεται είτε με τη φορά των δεικτών του ρολογιού, είτε αντίστροφα. Επίσης μπορούν να τοποθετούν τις νανομηχανές σε παράταξη και να τις κινούν με συγχρονισμένο τρόπο, πράγμα που αυξάνει την αποτελεσματικότητά τους, ιδίως όσον αφορά την ιδιότητά τους ως μεταφορέων φαρμάκων. Ήδη οι επιστήμονες σχεδιάζουν να αναπτύξουν και να ενσωματώσουν στη μηχανή νέα, πιο εξελιγμένα, μηχανικά και χημικά συστήματα, καθώς επίσης να κάνουν πειράματα με ζωντανά κύτταρα. Το επίτευγμα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature Communications»

Βήμα Science