Μικροκινητήρες Μέγεθος Κυττάρου: Επιστήμονες Δημιουργούν Φωτοτροφοδοτούμενα Γρανάζια Πιο Μικρά από Τρίχα

Σε μια επαναστατική ανακάλυψη που ανοίγει νέους ορίζοντες στην νανοτεχνολογία, ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γκότενμπεργκ στη Σουηδία κατάφεραν να κατασκευάσουν μικρογρανάζια μικρότερα από την ανθρώπινη τρίχα, τα οποία τροφοδοτούνται απευθείας από λέιζερ φως. Αυτά τα «μικροκινητήρια», με διάμετρο μόλις 16-20 μικρόμετρα –συγκρίσιμα με το μέγεθος ορισμένων ανθρώπινων κυττάρων–, μπορούν να περιστρέφονται, να αλλάζουν κατεύθυνση και να κινούν ολόκληρα συστήματα σε μικροκλίμακα. Η καινοτομία αυτή, που δημοσιεύτηκε στις 18 Σεπτεμβρίου 2025 στο περιοδικό Nature Communications, ξεπερνά τα όρια της παραδοσιακής μηχανικής και υπόσχεται να φέρει επανάσταση στην ιατρική, επιτρέποντας τη δημιουργία μηχανών που λειτουργούν μέσα στο σώμα μας.

Το Πλαίσιο της Ανακάλυψης: Από το Αδιέξοδο στην Καινοτομία

Για πάνω από 30 χρόνια, οι επιστήμονες προσπαθούσαν να φτιάξουν μικρότερα γρανάζια για να κατασκευάσουν «μικρομηχανές», αλλά η πρόοδος είχε σταματήσει στα 0,1 χιλιοστά. Το πρόβλημα ήταν η αδυναμία δημιουργίας μηχανισμών κίνησης (drive trains) σε τέτοια κλίμακα, λόγω της πολυπλοκότητας των παραδοσιακών μηχανικών συνδέσεων. Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Γκότενμπεργκ, σε συνεργασία με διεθνή ομάδα, έσπασαν αυτό το εμπόδιο χρησιμοποιώντας οπτικά μεταϋλικά (optical metamaterials) – ειδικές δομές από πυρίτιο που αντιδρούν στο φως.

Τα γρανάζια κατασκευάστηκαν απευθείας σε τσιπ, με διάμετρο περίπου 0,016 χιλιοστών, και τροφοδοτούνται από λέιζερ φως μήκους κύματος 1064 nm. Ρυθμίζοντας την ένταση του φωτός, οι επιστήμονες ελέγχουν την ταχύτητα περιστροφής, ενώ αλλάζοντας την πόλωση του φωτός, αντιστρέφουν την κατεύθυνση κίνησης. «Χτίσαμε μια αλυσίδα γραναζιών όπου ένα φωτοτροφοδοτούμενο γρανάζι βάζει σε κίνηση όλο το σύστημα. Τα γρανάζια μπορούν επίσης να μετατρέψουν την περιστροφή σε γραμμική κίνηση, να εκτελούν περιοδικές κινήσεις και να ελέγχουν μικροσκοπικούς καθρέφτες για να αντανακλούν φως», εξηγεί ο κύριος συγγραφέας της μελέτης, Γκαν Γουάνγκ, ερευνητής στη φυσική μαλακής ύλης στο Πανεπιστήμιο της Γκότενμπεργκ.

Αυτή η προσέγγιση αποφεύγει τις χοντροκομμένες μηχανικές συνδέσεις, χρησιμοποιώντας το φως ως «ασύρματο» καύσιμο, που είναι εύκολο να ελεγχθεί και δεν απαιτεί φυσική επαφή. Το αποτέλεσμα; Μικροκινητήρες που χωράνε μέσα σε μια ανθρώπινη τρίχα και μπορούν να ενσωματωθούν σε «lab-on-a-chip» συστήματα, δηλαδή μικροσκοπικά εργαστήρια σε τσιπ.

Οι Ευρύτερες Συνέπειες: Από την Ιατρική στην Επιστημονική Φαντασία

Η μεγαλύτερη υπόσχεση αυτής της τεχνολογίας έγκειται στην ιατρική. Εφόσον τα γρανάζια έχουν μέγεθος κυττάρου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μικροαντλίες ή βαλβίδες μέσα στο ανθρώπινο σώμα, ρυθμίζοντας ροές υγρών, όπως αίμα ή φάρμακα. «Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτούς τους νέους μικροκινητήρες ως αντλίες μέσα στο σώμα, για παράδειγμα για να ρυθμίζουμε διάφορες ροές. Εξετάζω επίσης πώς λειτουργούν ως βαλβίδες που ανοίγουν και κλείνουν», δηλώνει ο Γουάνγκ. Φανταστείτε ναρκωτικά που απελευθερώνονται ακριβώς εκεί που χρειάζονται, ή εργαλεία που καθαρίζουν αρτηρίες σε κυτταρικό επίπεδο, χωρίς επεμβατικές χειρουργικές επεμβάσεις.

Πέρα από την ιατρική, αυτά τα μικροκινητήρια ανοίγουν δρόμους σε άλλους τομείς: από την έλεγχο φωτός σε οπτικά συστήματα, μέχρι τη χειραγώγηση μικρών σωματιδίων σε νανοϋλικά ή την ενσωμάτωση σε ρομποτικά συστήματα μικροκλίμακας. Οι ερευνητές τονίζουν ότι η δυνατότητα κλιμάκωσης σε σύνθετα μικροσυστήματα, χάρη στην εύκολη ελεγχόμενη φωτοτροφοδοσία, κάνει αυτή την τεχνολογία «θεμελιωδώς νέο τρόπο σκέψης για τη μηχανική σε μικροκλίμακα».

Παρά τις προοπτικές, παραμένουν προκλήσεις, όπως η βελτίωση της σταθερότητας και η ενσωμάτωση σε βιολογικά περιβάλλοντα. Ωστόσο, αυτή η ανακάλυψη σηματοδοτεί ένα άλμα προς έναν κόσμο όπου οι μηχανές λειτουργούν σε κλίμακα κυττάρων, φέρνοντας την επιστημονική φαντασία πιο κοντά στην πραγματικότητα. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γκότενμπεργκ πιστεύουν ότι σύντομα θα δούμε πρακτικές εφαρμογές, αλλάζοντας ριζικά την ιατρική και την τεχνολογία.