Uppfinningen av kugghjul mindre än ett hårstrå, drivna av ljus

Svenska forskare har skapat pyttesmå kugghjul som drivs av laserljus, så små att de får plats i ett mänskligt hårstrå.

Ljusdrivna mikroväxlar kan revolutionera medicinen - Foto: Gan Wang

Forskare vid Göteborgs universitet har framgångsrikt skapat mikroskopiska kugghjul som drivs av laserljus. Denna prestation öppnar upp möjligheten att skapa de minsta motorerna någonsin, tillräckligt små för att passa inuti ett hårstrå och till och med fungera i skala av en mänsklig cell.

I en publikation i Science News sa teamet att de konstruerat kugghjul som bara är 0,016 mm i diameter, mindre än den genomsnittliga diametern på ett mänskligt hårstrå.

Tidigare var miniatyrisering av kugghjul begränsad till 0,1 mm i storlek eftersom det var omöjligt att göra mekaniska drivningar tillräckligt små för att fungera. Göteborgsforskare har dock brutit denna barriär genom att ersätta traditionella drivningar med… laserljus.

Kugghjulen är gjorda av kisel, tryckta direkt på mikrochippet med fotolitografiteknik och sedan belagda med ett lager av "optiska metamaterial", nanostrukturer som kan fånga och kontrollera ljus. När en laser lyser på dem börjar kugghjulen rotera. Ljusets intensitet bestämmer hastigheten, medan ändring av laserns polarisering gör att rotationsriktningen kan justeras.

Det här innebär att forskare närmar sig att skapa "mikromotorer" som drivs av ljus.

"Vi har byggt ett transmissionssystem där ljusdrivna kugghjul kan driva en kedja av kugghjul. De kan också omvandla rotationsrörelse till translationsrörelse, skapa periodisk rörelse eller styra mikrospeglar för att böja ljus", säger Dr. Gan Wang, huvudförfattare till studien.

Fördelen med den här metoden, sa han, är att det är möjligt att integrera små maskiner direkt på chipet och styra dem med enbart ljus, utan fysisk kontakt. Det gör det enkelt att skala upp till mer komplexa mikromekaniska system.

”Detta är ett helt nytt sätt att tänka kring mekanik i mikroskopisk skala. Genom att ersätta skrymmande leder med ljus har vi övervunnit storleksbarriären”, betonade han.

Eftersom kugghjulen kan vara så små som 16–20 mikrometer, vilket är storleken på många mänskliga celler, blir potentialen för medicinska tillämpningar extremt stor. Gan Wang föreställer sig att dessa ljusmotorer fungerar som små pumpar i kroppen, som hjälper till att reglera mikroflöden, eller blir mikroskopiska ventiler som kan öppnas och stängas exakt.

Förutom inom medicin kan denna teknik även tillämpas i "lab-on-a-chip"-system, för att kontrollera ljus, manipulera mikroskopiska partiklar eller utveckla en ny generation optiska enheter.

Tillbaka till ämnet

MINH HAI

Källa: https://tuoitre.vn/phat-minh-banh-rang-nho-hon-soi-toc-chay-bang-anh-sang-20250921235938555.htm