(Phys.org) —Os pesquisadores desenvolveram um novo tipo de microgear que gira quando os micromotores se alojam nos cantos dos dentes da engrenagem. Os micromotores usam a solução de peróxido de hidrogênio circundante como combustível para se impulsionar para a frente, o que, por sua vez, faz com que os microgears girem. No futuro, as engrenagens minúsculas poderiam ser usadas como blocos de construção para fazer micro-máquinas autônomas.

Os pesquisadores, Claudio Maggi, et al., da Itália, Alemanha, e Espanha, publicaram um artigo sobre os microgears em uma edição recente da revista Pequena .

"As ferramentas modernas da nanotecnologia podem ser usadas para moldar a matéria em micro e nanoescala com um alto grau de controle estrutural e morfológico, " Maggi, na Universidade de Roma, contado Phys.org . “Recentemente, pesquisadores começaram a investigar possíveis estratégias para 'dar vida' a essas estruturas e dotá-las de algum mecanismo de autopropulsão. Todo o esforço de miniaturizar máquinas torna-se inútil, Contudo, se um equipamento grande e caro ainda for necessário para conduzir e controlar a propulsão na escala de mícron. Por esta razão, estamos trabalhando no desenvolvimento de materiais avançados, referidos coletivamente como 'matéria ativa, 'que pode converter alguma fonte de energia embutida em movimento direcionado. "

Os materiais da matéria ativa usados ​​aqui são micromotores na forma de partículas de Janus. Como o deus romano de duas faces, Partículas de Janus têm duas faces, ou superfícies, que lhes conferem um caráter assimétrico. Aqui, um lado de cada partícula de 5 µm é revestido com platina, de modo que quando as partículas são imersas em uma solução de peróxido de hidrogênio, eles se movem em uma direção.

Em uma solução contendo partículas de Janus e microgears passivos de 8 µm, algumas das partículas de Janus autopropulsionadas colidem com os microgears. As partículas de Janus, então, se orientam autonomamente de modo que sua direção de propulsão percorra as laterais das engrenagens, e seu impulso para a frente os bloqueia no lugar entre os dentes das engrenagens. Até seis partículas de Janus podem ser alojadas nos seis dentes dos microgears.

Essa estratégia é semelhante aos métodos anteriores de mover microobjetos que usam o movimento coletivo de bactérias ou micro-nadadores sintéticos. Contudo, todos esses métodos anteriores exigiam altas concentrações de bactérias / micro-ondas e se moviam de forma altamente aleatória, tornando difícil controlar e reproduzir o movimento.

As maiores vantagens do novo método são que ele trabalha com concentrações de partículas mais baixas e o movimento é altamente determinístico. Os pesquisadores descobriram que a velocidade de rotação do microgear aumenta linearmente à medida que o número de partículas de Janus travadas na engrenagem aumenta de 1 para 3. Com 4 partículas e além, a velocidade diminui e começa a diminuir, o que é provável porque as partículas adicionais de Janus esgotam o combustível de peróxido de hidrogênio, de modo que a velocidade de todas as partículas diminui.

"Nós agora demonstramos que os coloides Janus ativos podem se automontar em torno de um rotor microfabricado em configurações reproduzíveis com um alto grau de ordem espacial e orientacional, "disse o co-autor Roberto Di Leonardo do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália, e o coordenador do grupo de pesquisa. “A interação entre geometria e comportamento dinâmico leva à automontagem de micromotores autônomos a partir de partículas distribuídas aleatoriamente. Além de ter um claro interesse tecnológico, nossos resultados demonstram que a compreensão dos aspectos fundamentais das interações em sistemas de matéria ativa abre caminho para micro-máquinas altamente reproduzíveis e controláveis ​​para aplicações lab-on-chip. "

No futuro, os pesquisadores planejam investigar como o ajuste da concentração de peróxido de hidrogênio pode ser usado para controlar a velocidade de rotação dos micromotores. Controlar a velocidade é essencial para micromáquinas lab-on-chip e outras aplicações.

A pesquisa foi financiada por dois subsídios iniciais ERC e combina avanços recentes em propulsão catalítica (Grant n. 311529) e mecânica estatística da matéria ativa (Grant n. 307940).

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