Nanoexploze fullerenu. Kredit: ACS (2015).

V každém krychlovém centimetru živé přírody pracuje nespočet nepatrných molekulárních strojků. Vytvořila je evoluce a bývají velmi efektivní. Dovedou pozoruhodné věci a přitom obvykle spotřebují jen nepatrné množství energie. Nanoinženýři se snaží přiblížit konstrukcím Matky Přírody, ale jde to ztuha.

Logo. Kredit: Wuhan University.

Jednou z možností jak rozpohybovat nanostrojky je působení světla, typicky laserových paprsků a s využitím fototermálně poháněných sil. Už jsme viděli, že laserové paprsky mohou rozpohybovat mikroskopické objekty. Problém je v tom, že takto vytvořené síly bývají zcela nepatrné (v měřítku pikonewtonů) a rozpohybují objekty jen nízkou rychlostí. Jejich využití je navíc striktně omezené na kapalné prostředí či jeho rozhraní.

Buckminsterfulleren (C60). Kredit: Saperaud / Wikimedia Commons.

Čínský tým, který vedl Tao Ding z Wuhan University, zkouší novou variantu. Vyvíjejí univerzální nanopohon, který by dokázal pohánět prakticky jakýkoliv nanoobjekt, i v suchém prostředí. Klíčovým prvkem pohonu je plazmonický nanodynamit, jehož struktura je ještě zajímavější, než chytlavý název. Jsou to vlastně nanočástice zlata, které jsou obklopené molekulou fullerenu (buckminsterfulleren, C60), jako pecka třešní.

Nanodynamit se odpaluje laserem. Když ho zasáhne laserový paprsek, dojde k vypálení nanočástice zlata, která vyletí jako miniaturní kulka, rychlostí až 300 metrů za sekundu a silou zhruba 1 mikronewton. „Exploze“ nanodynamitu vystřelí nanočástici zlata do vzdálenosti stovek nanometrů až mikrometrů.

Jak vysvětluje Ding, odpalovací mechanismus je založený na silném lokálním zahřátí, společně se zesílením elektrického pole po ozáření nanočástice zlata laserem. Výsledkem je intenzivní fotochemická oxidace fullerenu na oxid uhličitý. Tím náhle vznikne lokální koncentrace plynu a tepla, která na daném místě vytvoří sílu kolem 1 mikronewtonu a vystřelí nanočástici zlata pryč z fullerenu. V porovnání s dosavadními pohony nanostrojků jde o významný pokrok ve vytvořené síle, efektivitě přeměny energie i reakční rychlosti.

Badatelé ověřili fungování plazmonického nanodynamitu v experimentu s pohybem mikročástic na suchém pevném povrchu. Něco takové je přitom nevídané. Ding s kolegy věří, že jejich nanodynamitový systém by s pomocí laseru mohl rozpohybovat nanoaktuátory, nanopáky, nanopísty a podobná nanomechanická zařízení.

Literatura

Nanowerk 8. 8. 2022.

ACS Nano online 3. 8. 2022.