Electro-osmotic propulsion of helical nanobelt swimmers

推进 渗透 渗透压 材料科学 机械 纳米技术 航空航天工程 机械工程 物理 化学 工程类 生物化学
作者
Gilgueng Hwang,Rémy Braive,Laurent Couraud,A. Cavanna,Abdelkarim Ouerghi,Isabelle Robert-Philip,Alexios Beveratos,I. Sagnes,Sinan Haliyo,Stéphane Régnier
出处
期刊:The International Journal of Robotics Research [SAGE]
卷期号:30 (7): 806-819 被引量:55
标识
DOI:10.1177/0278364911407231
摘要

Micro and nanoscale mobile agents capable of self-propulsion in low Reynolds number fluids would have a great technological impact in many fields. Few known mechanisms are able to propel such devices. Here we describe helical nanobelt (HNB) swimmers actuated by an electric field-generated electro-osmotic force. These HNB swimmers are designed with a head and a tail, similar to natural micro-organisms such as bacteria and their flagella. We show that these electro-osmotic propulsion of HNB swimmers achieve speeds (24 body lengths per second), force (1.3 nN), and pressure (375.5 Pa) above those demonstrated by other artificial swimmers based on physical energy conversion. Although nature’s bacteria are still more dynamic, this paper reports that the demonstrated electro-osmotic HNB microswimmers made a big step toward getting closer to their performances. Moreover, an unusual swimming behavior with discontinuous pumping propulsion, similar to jellyfish, was revealed at or above the speculated marginal limit of linear propulsion. These electro-osmosis propelled HNB swimmers might be used as biomedical carriers, wireless manipulators, and as local probes for rheological measurements.

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