پژوهشگران نشان دادند که نانوذرات به صورت پروانه‌ای شکل قادراند تا محموله‌های مورد نظر آن‌ها را در مسیر مشخصی حمل کرده و به مقصد برسانند در حالی که در شکل‌های کروی و دوناتی شکل، حرکت ذرات به صورت تصادفی است.
طراحی نانوذرات پروانه‌ای شکل برای حمل و نقل مواد مختلف
نانوذرات خودران می‌توانند فعالیت‌هایی نظیر تحویل دارو و سیستم‌های آزمایشگاهی بر روی تراشه را امکان‌پذیر کنند، اما این نانوذرات حرکات تصادفی و بدون جهت دارند. به تازگی یک تیم بین المللی از محققان رویکردی را برای هدایت بهتر این نانوذرات ارائه کرده‌اند.
این تیم به رهبری ایگور آرونسون، دوروتی فائر هاک و جی لوید هاک، استاد دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، نانوذرات را به گونه‌ای طراحی کرده تا بتوان حرکات آن‌ها را بهتر کنترل کرد و در نهایت عملکرد آن‌ها را افزایش داد.
به گفته اشلی مک گاورن، دانشجوی دکترا و نویسنده اول مقاله این پروژه، به دلیل چالش‌های ساخت، شکل نانوذرات قبلاً محدود به میله‌ها و دوناتی شکل بود.
این گروه اقدام به بررسی شکل‌های مختلف نانوذرات کردند تا در نهایت به شکل پروانه‌ای رسیدند که می‌تواند در صورت وجود عواملی شیمیایی یا مغناطیسی به صورت موثر بچرخد.
شکل پروانه‌ای از نوعی تقارن برخوردار است که مشابه این تقارن را می‌توان در پیچ یا پله مارپیچ مشاهده کرد. در چنین تقارن‌هایی صورت بالا و صورت پایین به نوعی تصویر آینه‌ای یکدیگر هستند.
مک گاورن گفت: «شکل ذره از پیش تعیین می‌کند که چگونه یک ذره حرکت کند. تقارن نیز به عنوان یک ویژگی طراحی به اندازه کافی در تحقیقات نانوذرات مورد استفاده قرار نگرفته است و راهی برای حرکت بهتر و پیچیده‌تر ذرات است.»
تقارن موجود در ساختار به ذرات اجازه می‌دهد تا در یک جهت از پیش مشخص شده، حرکت کند و بسته به شیب تیغه‌ها، چرخش در جهت عقربه‌های ساعت یا خلاف جهت عقربه‌های ساعت انجام شود، که این چرخش توسط یک واکنش شیمیایی بین فلزات در نانوذرات و پراکسید هیدروژن ایجاد می‌شود.
محققان پس از آزمایش با تعداد و زاویه‌های مختلف باله و همچنین ضخامت‌های مختلف، دریافتند که استفاده از چهار باله یا بیشتر در یک شیب ۲۰ درجه و ضخامت ۳٫۳ میکرون بیشترین میزان ثبات را فراهم می‌کند. با سه باله یا کمتر، پروانه‌ها حرکت کنترل نشده‌ای را نشان می‌دهند.
افزایش کنترل روی حرکت نانوذرات به محققان اجازه می‌دهد تا ذراتی طراحی کنند که برای حمل و نقل و انتقال مواد مناسب باشند.
با کمک میدان مغناطیسی می‌توان این ذرات پروانه‌ای شکل را به سوی هدف سوق داد در حالی که در نانوذرات میله‌ای و دوناتی شکل، بیشتر حرکت به صورت تصادفی است و کنترل زیادی روی مسیر وجود ندارد.
