나노모터는 의학의 미래입니다

의학 분야에서 진정한 혁신은 다양한 나노소자를 통해 실현될 수 있으며, 오늘날 이미 그러한 소형 소자가 다수 개발되었지만, 이러한 소자를 위한 효과적인 동력원은 아직 개발되지 않았습니다. 케임브리지 대학교 과학자들은 이 분야의 공백을 메우기 위해 외부 광원으로 작동하는 소형 엔진을 선보였습니다.

나노 모터의 작동은 스프링의 작용과 유사하며, 모터 자체는 온도 변화에 반응하는 폴리머 젤 형태의 물질에 고정된 금 나노입자로 구성되어 있습니다. 레이저로 물질을 가열하면 수분이 활발하게 증발하고, 물질은 수축하기 시작합니다(마치 튀어오르는 것처럼). 결과적으로 나노 모터는 빛 에너지를 축적하여 저장합니다. 광원(이 경우 레이저)을 끄면 물질은 냉각되면서 수분을 적극적으로 흡수하기 시작합니다. 축적된 에너지는 방출되고, 금 입자는 생성된 힘의 효과를 증가시키는 역할을 합니다.

케임브리지 전문가들이 개발한 이 장치는 영화 "환상적인 항해"에 등장하는 소형 잠수함과 유사합니다. 이 영화에서 소형 잠수함은 인체를 통과하며 혈관의 혈전을 제거합니다. 나노 모터는 자체 무게에 비해 상당한 힘을 가지고 있으며, 개미처럼 큰 "짐"을 운반할 수 있습니다.

개발자들은 광원이 꺼진 후 물질의 팽창이 매우 빠르게 일어나는데, 이는 미시적인 폭발에 비유할 수 있다고 지적합니다. 이러한 현상은 물질 분자들 사이에서 발생하는 특정 힘에 의해 발생합니다. 이러한 힘은 미시적인 수준에서는 상당히 강하게 나타나지만, 정상적인 조건에서는 거의 나타나지 않습니다. 전문가들은 도마뱀붙이가 수직 표면을 오르내리거나 거꾸로 뒤집히는 데 도움이 되는 것이 바로 이러한 힘이라고 지적했습니다. 도마뱀붙이의 사지 표면에 있는 수십억 개의 작은 털들이 이러한 움직임을 가능하게 합니다.

앞서 언급했듯이, 나노 모터는 빛 에너지를 축적하며, 이 에너지의 대부분은 젤 분자와 금 입자 사이의 인력 에너지로 변환됩니다. 인력 에너지가 끊어지면 금에 의한 방출력은 재료를 압축할 때 발생하는 힘보다 몇 배 더 강해집니다. 과학자들에 따르면, 현재 나노 모터의 단점은 에너지가 모든 방향으로 동시에 방출된다는 점이며, 현재 과학 연구진은 에너지 흐름을 원하는 한 방향으로 유도하는 방법을 찾는 데 집중하고 있습니다.

만약 과학자들이 목표를 달성하고 나노 모터에서 방출되는 에너지의 흐름을 제어할 수 있다면, 이러한 장치는 약물을 영향을 받은 장기나 부위에 전달하는 나노봇을 제어하는 데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 미세 수술에 사용되는 원격 제어 기구에도 사용될 수 있습니다.

케임브리지 연구팀은 현재 바이오센서와 진단 장비에 사용되는 칩을 위한 나노모터 기반 제어 펌프와 밸브를 개발하고 있습니다.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]