ساخت چرخ‌دنده‌های نانومقیاس گامی تازه در پزشکی!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،پژوهشگران دانشگاه گوتنبرگ موفق به ساخت چرخ‌دنده‌هایی در مقیاس میکرومتر شده‌اند که با نور به حرکت درمی‌آیند. این دستاورد می‌تواند زمینه‌ساز کوچک‌ترین موتور‌ها روی تراشه در تاریخ باشد؛ موتور‌هایی که اندازه آنها به حدی کوچک است که می‌توانند درون یک تار مو جای گیرند.

به گزارش sciencedaily، چرخ‌دنده‌ها در همه‌جا حضور دارند؛ از ساعت و خودرو گرفته تا ربات‌ها و توربین‌های بادی. بیش از سه دهه است که دانشمندان تلاش می‌کنند چرخ‌دنده‌هایی بسیار کوچک‌تر طراحی کنند تا امکان ساخت میکروموتور‌ها فراهم شود. با این حال این روند تا اندازه ۰/۱ میلی‌متر متوقف ماند، زیرا ساخت سامانه‌های انتقال مکانیکی در مقیاس‌های کوچک‌تر ممکن نبود.

اکنون پژوهشگران گوتنبرگ با کنار گذاشتن انتقال‌های مکانیکی سنتی و به‌کارگیری نور لیزر، این مانع را پشت سر گذاشته‌اند. آنها نشان داده‌اند که می‌توان چرخ‌دنده‌ها را با استفاده از متامتریال‌های نوری (ساختار‌های بسیار ریز و الگو‌دار که قادر به جذب و کنترل نور در مقیاس نانو هستند) به حرکت درآورد.

در این روش، با فناوری لیتوگرافی سنتی چرخ‌دنده‌هایی از جنس سیلیکون و مجهز به متامتریال نوری به‌طور مستقیم روی یک ریزتراشه ساخته می‌شوند. قطر این چرخ‌دنده‌ها تنها چند ده میکرومتر است. هنگامی که پرتوی لیزر به آنها تابانده می‌شود چرخ‌دنده شروع به چرخش می‌کند. شدت نور سرعت حرکت را تعیین می‌کند و با تغییر پلاریزاسیون نور می‌توان جهت حرکت چرخ‌دنده را نیز عوض کرد.

گان وانگ، نویسنده اصلی این مطالعه و پژوهشگر فیزیک ماده نرم در دانشگاه گوتنبرگ می‌گوید: ما یک زنجیره چرخ‌دنده ساخته‌ایم که در آن یک چرخ‌دنده نوری کل مجموعه را به حرکت درمی‌آورد. این چرخ‌دنده‌ها می‌توانند حرکت دورانی را به حرکت خطی تبدیل کنند، حرکات دوره‌ای انجام دهند و حتی آینه‌های میکروسکوپی را برای تغییر مسیر نور کنترل کنند.

به گفته او توانایی یکپارچه‌سازی این ماشین‌های میکروسکوپی با تراشه و حرکت دادن آنها توسط نور افق‌های تازه‌ای در فناوری می‌گشاید. از آنجا که لیزر نیازی به تماس مستقیم با دستگاه ندارد و به‌راحتی قابل کنترل است، می‌توان این میکروموتور‌ها را در مقیاس‌های بزرگ‌تر و در سامانه‌های پیچیده‌تر توسعه داد.

وانگ تاکید می‌کند: این یک شیوه کاملاً جدید در اندیشیدن به مکانیک در مقیاس میکرو است. با جایگزینی اتصالات حجیم با نور، سرانجام توانسته‌ایم بر مانع کوچک‌سازی غلبه کنیم.

پژوهشگران اکنون در حال تصور آینده‌ای هستند که در آن ماشین‌های میکرو و نانو قادر خواهند بود نور را کنترل کنند، ذرات ریز را جابه‌جا نمایند یا در سامانه‌های آزمایشگاه روی تراشه به کار روند. اندازه کوچک‌ترین چرخ‌دنده‌ها در این پژوهش تنها ۱۶ تا ۲۰ میکرومتر است؛ یعنی به بزرگی یک سلول انسانی. از همین رو حوزه پزشکی یکی از کاربرد‌های مهم این فناوری محسوب می‌شود.

وانگ در این‌باره می‌گوید: می‌توانیم از این میکروموتور‌های تازه به‌عنوان پمپ درون بدن استفاده کنیم؛ برای نمونه در تنظیم جریان‌های مختلف. همچنین در حال بررسی کاربرد آنها به‌عنوان دریچه‌هایی هستیم که می‌توانند باز و بسته شوند.

این پیشرفت می‌تواند تحولی بنیادین در فناوری نانو، پزشکی و طراحی سامانه‌های ریزمقیاس ایجاد کند.