碳纳米管成就“完美”纳米机器

分子大小的装置或能在未来帮助我们控制身体中重要的生理机制。近日，来自加州大学伯克利分校和于默奥大学的研究团队，将单个碳原子放进了一个名为纳米气球的器件中，并展示了如何使用静电将这个气球“充气”以及“折叠”。

可充气型气囊致动器在我们日常生活中应用很广，例如能顶起建筑的千斤顶、汽车的安全气囊，气囊还能在临床医学中用于扩大狭窄或堵塞的动脉或静脉。不过这些都是宏观世界的应用，而在微观世界中，气囊一般用作微型的气动装置，例如蜘蛛中的跳高选手——跳蜘蛛——它们能利用腿上的微小的液压垫来完成瞬间的跳跃。

如果将尺寸继续变小，气囊致动器是不是可能有纳米版本呢？目前来说还没有答案。然而，宾夕法尼亚州立大学的研究者为这样的纳米器件提供了理论支持，他们在几年前提出了一个基于用充放电的方式，来控制碳纳米管充气和放气的气囊致动器的概念。

而如今哈米德·礼·巴泽加尔（Hamid Reza Barzegar）和他的同事们已经在实验室里实现了这样的构想。他们还在学术期刊《Nano Letters》上发表了一篇论文，阐述了他们如何利用低电压控制碳纳米管在“折叠”和“充气”状态进行转换。

碳纳米管无缺陷的性质对于这种应用简直就是天作之合，这意味着这样的气囊致动器在使用环节中将没有疲劳和损耗。除了他们自己以外，也有其他研究团队发现这种气囊致动器在几次使用周期之后，没有出现性能下降的情况。

那么哈米德·礼·巴泽加尔是何许人也呢？他在于默奥大学拿到物理学了博士学位，现在在加州大学伯克利分校的阿历克斯·泽特尔（Alex Zettl）教授的研究团队中从事研究的工作。

谈及自己的发现，他激动地说：“从理论上来说，这样的研究就已经很有意思了，并且我们从中能探求到使用外部刺激在纳米尺寸下控制运动的机制。此项研究对于基础物理学的研究也意义重大，它能帮助我们理解电容效应以及静电场力如何能控制分子结构的运动。”

来自默奥大学的物理学副教授，托马斯·沃格贝里（Thomas Wågberg）也发表了自己的看法：“长远来看，我们的发现将有助于研发分子级别的气动控制技术，也将有助于设计分子级容器，其开关机制可由其表面带电状态的改变而触发——最常见的例如改变目标分子所在溶液的酸碱度。这将有机会应用于医学科技，例如将相对应的药品精确传送到身体内部器官或肿瘤。”

编辑：杨一鸣

参考：HamidReza Barzegar et al. Electrostatically Driven Nanoballoon Actuator, NanoLetters (2016). DOI:10.1021/acs.nanolett.6b02394 

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