Nanomotoren könnten der Elektronik helfen, sich selbst zu reparieren

The ATP Synthase Enzyme (Kann 2019).

Anonim

Da die Elektronik immer komplizierter wird, müssen auch die Werkzeuge, die sie benötigen, repariert werden. Um diese Herausforderung zu antizipieren, wandten sich Wissenschaftler der Inspiration des körpereigenen Immunsystems zu und bauten nun selbstangetriebene Nanomotoren, die winzige Kratzer auf elektronischen Systemen aufspüren und reparieren können. Sie könnten eines Tages zu flexiblen Batterien, Elektroden, Solarzellen und anderen Geräten führen, die sich selbst heilen.

Die Forscher stellen ihre Arbeiten heute auf dem 251. National Meeting & Exposition der American Chemical Society (ACS) vor. ACS, die größte wissenschaftliche Gesellschaft der Welt, hält das Treffen bis Donnerstag ab.

"Elektronische Schaltkreise sind heutzutage sehr ausgereift", sagt Jinxing Li. "Aber ein Riss, selbst ein extrem kleiner, kann den Stromfluss unterbrechen und schließlich zum Ausfall eines Geräts führen. Traditionelle Elektronik kann durch Löten repariert werden, aber die Reparatur fortgeschrittener Elektronik im Nanobereich erfordert Innovation."

Gadgets werden bald allgegenwärtiger denn je sein und in unseren Kleidern, Implantaten und Accessoires auftauchen, sagt Li, ein Ph.D. Kandidat im Labor von Joseph Wang, D.Sc., an der University of California in San Diego. Es bleibt jedoch eine Herausforderung, Wege zu finden, um Nanokreise, Batterieelektroden oder andere elektronische Bauteile zu reparieren, wenn sie brechen.

Das Ersetzen von ganzen Geräten oder sogar Teilen kann knifflig oder teuer sein, insbesondere wenn sie in Kleidung integriert sind oder sich an entlegenen Orten befinden. Laut Wang, dessen Labor nanoskalige Maschinen entwickelt, wäre es ideal, Geräte zu bauen, die sich selbst reparieren können. Um auf dieses Ziel hinzuarbeiten, haben sich sein Labor und andere für Ideen auf die Natur eingestellt.

"Wenn Sie zum Beispiel mit dem Finger schneiden, lokalisiert sich die Blutplättchen automatisch am Ort der Wunde und helfen, den Heilungsprozess einzuleiten", sagt Li. "Also wollten wir extrem kleine Roboter schaffen und verwenden, um die gleiche Funktion zu erfüllen, außer in einem elektronischen System."

Um dies zu erreichen, arbeitete Wangs Team mit der Gruppe von Anna Balazs, Ph.D., die an der Universität von Pittsburgh ist. Sie entwarfen und bauten Nanopartikel aus Gold und Platin, die mit Wasserstoffperoxid betrieben werden. Das Platin spornt den Brennstoff an, um in Wasser und Sauerstoff zu zerfallen, was die Teilchen antreibt. Tests zeigten, dass die Nanomotoren über die Oberfläche einer defekten elektronischen Schaltung gezoomt wurden, die mit einer Leuchtdiode oder LED verbunden war. Als sie sich dem Kratzer näherten, blieben sie darin stecken und überbrückten die Lücke zwischen den beiden Seiten. Da die Partikel aus leitfähigen Metallen bestehen, lassen sie Strom wieder fließen und die LED leuchtet auf.

Laut Li sind die Nanomotoren ideal für schwer reparierbare elektronische Bauteile wie die leitfähige Schicht von Solarzellen, die rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind und zum Verkratzen neigen. Sie könnten auch verwendet werden, um flexible Sensoren und Batterien zu heilen, die das Wang-Labor ebenfalls entwickelt.

Zusätzlich könnte das gleiche Konzept mit unterschiedlichen Materialien und Brennstoffen in medizinischen Anwendungen zur Abgabe von Arzneimitteln an bestimmte Orte verwendet werden. Das Labor entwickelt auch neue Nanomotoren, die möglicherweise im Körper eingesetzt werden können, um verschiedene Krankheiten wie Mageninfektionen zu behandeln.

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