(Phys.org) - Faites vibrer une solution de nanoparticules métalliques en forme de tige dans de l'eau avec des ultrasons et elles tourneront autour de leurs grands axes comme de minuscules forets. Pourquoi? Personne ne sait encore exactement. Mais les chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont mesuré leur vitesse et c'est rapide. Jusqu'à 150, 000 tours par minute, ces nanomoteurs tournent 10 fois plus vite que n'importe quel objet nanométrique immergé dans un liquide jamais signalé.

La découverte de cette vitesse vertigineuse a ouvert la possibilité qu'ils puissent être utilisés non seulement pour se déplacer à l'intérieur du corps - l'élan de la recherche - mais aussi pour l'usinage et le mélange à grande vitesse.

Depuis plusieurs années, les scientifiques étudient comment faire se déplacer les nanomoteurs dans les liquides. Un groupe de Penn State à la recherche d'un moyen biologiquement respectueux de propulser des nanomoteurs a d'abord observé que les nanotiges métalliques se déplaçaient et tournaient en réponse aux ultrasons en 2012. Un autre groupe de l'Université de Californie à San Diego a ensuite dirigé le mouvement vers l'avant des tiges métalliques à l'aide d'un aimant champ. Le groupe de Penn State a ensuite démontré que ces nanomoteurs pouvaient être propulsés à l'intérieur d'une cellule cancéreuse.

Mais personne ne savait pourquoi ni à quelle vitesse les nanomoteurs tournaient. Ce dernier étant un problème de mesure, des chercheurs du NIST ont travaillé avec le groupe Penn State pour le résoudre.

« Si les nanomoteurs doivent être utilisés dans un environnement biologique, alors il est important de comprendre comment ils interagissent avec le liquide et les objets qui les entourent, " explique Samuel Stavis, chef du projet NIST. " Nous avons utilisé des nanoparticules pour tracer le flux d'eau autour des nanomoteurs, et nous avons utilisé cette mesure pour déduire leur taux de rotation. Nous avons constaté que les nanomoteurs tournaient étonnamment rapidement. »

L'équipe du NIST a cadencé la rotation des nanomoteurs en mélangeant les 2 micromètres de long, Tiges d'or de 300 nanomètres de large avec des billes de polystyrène de 400 nanomètres de diamètre dans l'eau et les placer entre des plaques de verre et de silicium avec un agitateur de type haut-parleur en dessous. Ils ont ensuite fait vibrer le shaker à une tonalité ultrasonore de 3 mégahertz - beaucoup trop élevée pour que vous ou votre chien puissiez l'entendre - et ont regardé les moteurs et les billes bouger.

Comme les moteurs tournent dans l'eau, ils créent un vortex autour d'eux. Les perles qui se rapprochent sont balayées par le vortex et tourbillonnent autour des tiges. En mesurant à quelle distance les billes sont des tiges et à quelle vitesse elles se déplacent, le groupe a pu déterminer à quelle vitesse les moteurs tournaient - avec une mise en garde importante.

« La taille des nanotiges est importante dans nos mesures », explique Andrew Balk, physicien du NIST. "Nous avons constaté que même de petites variations dans les dimensions de la tige provoquent de grandes incertitudes de mesure, ils doivent donc être fabriqués de la manière la plus uniforme possible pour les études et applications futures. »

Selon les chercheurs, la vitesse de rotation des nanomoteurs semble être indépendante de leur mouvement vers l'avant. Pouvoir contrôler indépendamment la "vitesse et l'avance" des nanomoteurs ouvrirait la possibilité qu'ils puissent être utilisés comme outils rotatifs pour l'usinage et le mélange.

Les futures pistes de recherche consistent à essayer de découvrir exactement pourquoi les moteurs tournent et comment le vortex autour des tiges affecte leurs interactions les uns avec les autres.