Российские ученые создали микромотор для разных микроустройств, который для своей работы использует горение водорода и кислорода в нанопузырьках. За счет использования специального режима электролиза воды скорость работы мотора удалось увеличить в сто тысяч раз. 

Прибор поможет сделать автономными миниатюрные устройства обработки медицинских анализов, что позволит получать результаты прямо во время приема. Кроме того, разработанный мотор подходит в качестве двигателя для автономных систем точной доставки инсулина и других лекарств. Работа опубликована в журнале Sensors and Actuators B: Chemical и поддержана Российским научным фондом.

В современном мире существует тенденция к миниатюризации различных систем, поскольку, во-первых, микросистемы дешевле для производства, например, микроэлектроника. Во всех микросистемах есть актюатор - мотор, преобразующий электрическую энергию в механическое движение. В макромире мы используем для этой цели двигатели внутреннего сгорания или электромагнитные моторы, но и тот и другой нельзя сильно уменьшить в размерах. Широкое применение микросистем ограничивается отсутствием быстрых и сильных микродвигателей.

Актюатор - это камера полмиллиметра в диаметре и 8 микрометров (толщина пищевой пленки) высотой, которая закрыта эластичной пластиной (мембраной). Камера содержит титановые электроды и заполнена подсоленной водой. Если через нее пропустить ток, то образуется газ, который толкает мембрану вверх. Мембрана играет такую же роль, как поршень двигателя внутреннего сгорания в автомобиле. Проблема была в том, чтобы быстро вернуть "поршень" в исходное положение, уничтожив образовавшийся газ. Для этого ученые попробовали быстро (за миллионные доли секунды) менять полярность тока (от одного полюса к другому). В этом случае разложение воды приводило к образованию невидимых глазом пузырьков водорода и кислорода с размером около 100 нанометров. Такие нанопузырьки также толкали мембрану вверх, но после выключения тока исчезали не за 100 секунд, а за тысячные доли секунды. В результате "поршень" можно было двигать вверх и вниз за 1-2 тысячных доли секунды. Быстрое исчезновение газа связывается с горением водорода и кислорода в нанопызурьках, где роль катализатора реакции играет сама поверхность пузырька.

"Прибор, который мы продемонстрировали, хорошо подходит в качестве двигателя для автономных систем точной доставки лекарств, например, инсулина. Он в десятки раз меньше существующих аналогов, в тысячу раз более точный и использует биосовместимые материалы", - подчеркивает исследователь.

Движение мембраны в микромоторе, похожем на поршень двигателя внутреннего сгорания (вид сбоку). Видео сделано скоростной камерой и замедлено в 667 раз.

Однако это не единственная область применения разработки. В последнее время широкое распространение получили микрофлюидные системы, манипулирующие микроскопическими количествами жидкости. Они позволяют производить химический, биологический и медицинский анализ, используя для этого крошечное количество жидкости. Созданный актюатор поможет, по словам ученых, сделать такие системы автономными до такой степени, что врач сможет получить результаты анализов пациента прямо во время приема.

Исследование проводили сотрудники Ярославского Филиала Физико-Технологического Института РАН и Ярославского государственного университета имени П. Г. Демидова.

Видеосюжет по теме

Похожие новости

  • 08/04/2016

    Российские ученые изучили атеросклеротические изменения сосудов

    ​Группа ученых из МГУ исследовала генетические механизмы, стоящие за развитием атеросклеротических изменений сосудов. Полученные результаты потенциально имеют практическое значение для оценки риска возникновения инфаркта миокарда.
    1280
  • 27/02/2017

    Иван Звягин: персональная медицина будет слишком дорогой для людей

    ​Научный сотрудник Института биоорганической химии РАН Иван Звягин рассказал о том, какие проблемы стоят на пути "наук о жизни" в России и коммерциализации их результатов, почему персональная медицина пока остается мечтой и о том, почему медицинские стартапы нередко проваливаются.
    1048
  • 30/01/2017

    Заживляющие раны клетки будут расти быстрее

    ​Группе российских ученых удалось разработать принципиально новый и недорогой метод ускорения роста клеток с помощью наночастиц диоксида церия. Именно медленный рост клеток в лабораторных условиях до сих пор ограничивал ученых и делал лечение клеточными препаратами дорогостоящим и малодоступным.
    1227
  • 28/02/2017

    Российские биологи определят степень стресса по волосам

    Российские ученые создали методику, позволяющую определять уровень гормона стресса – кортизола – в организме по его содержанию в волосах. Раньше для этого требовался анализ крови.
    725
  • 13/02/2018

    Академик Ольга Донцова: неэтично изменять геном эмбриона человека

    ​Выступая на Совете по науке и образованию, в котором принял участие глава государства Владимир Путин, академик Ольга Донцова рассказала о "природоподобной" технологии изменения генома CRISPR.
    371
  • 30/05/2017

    Российские биохимики смоделировали фотосинтезирующий комплекс цианобактерий

    ​В Институте физиологии растений имени К.А. Тимирязева (ИФР) РАН изучили строение фикобилисомной антенны цианобактерий – макромолекулярного комплекса, ответственного за фотосинтез в клетках бактерий.
    598
  • 31/10/2017

    Российские ученые нашли способы борьбы с рассеянным склерозом

    ​Российские ученые из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова (ИБХ) РАН нашли два способа борьбы с рассеянным склерозом: целенаправленное убийство "бунтовщиков" (иммунных клеток) и "принуждение их к миру".
    493
  • 01/08/2016

    Уральские ученые изобрели молекулу жизни

    ​Челябинские ученые изобрели молекулу, которая излечивает организм и регенерирует пораженные органы. Об инновационном изобретении рассказал профессор, доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории иммунологии воспаления Института иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН, заведующий совместной лаборатории молекулярной генетики РАН и ЮУрГУ Александр Зурочка.
    966
  • 27/12/2017

    Исследователи реализуют проект, позволяющий исправлять мутации ДНК митохондрий

    ​В последнее время все чаще можно услышать о тяжелых наследственных заболеваниях митохондриальной этиологии. Эти недуги вызываются дефектами митохондрий, которые являются своеобразными "энергетическими станциями" клеток организма.
    676
  • 25/01/2016

    Российские ученые разработали новую биосенсорную тест-систему для анализа крови

    ​Отныне анализ крови станет не сложнее теста на беременность, благодаря новой разработке исследователей из ИОФ РАН и МФТИ. Речь идет о новой  биосенсорной тест-системе, основанной на применении магнитных наночастиц и предназначенной для очень точного измерения концентрации белковых молекул (например, так называемых «маркеров», которые указывают на начало или развитие заболеваний) в различных образцах, включая непрозрачные или сильно окрашенные жидкости.
    1582