Mikroliikkumisen

Mikroliikkumisen viittaa pienikokoisten rakenteiden tai järjestelmien satunnaiseen, thermisesti aiheutettuun liikkeeseen sekä niihin liittyvään kontrolloituihin liikkeisiin mikroskooppisella mittakaavalla. Termiä käytetään yleisesti kuvaamaan ilmiöitä, joissa liike tapahtuu nanometreistä mikrometreihin ulottuvalla skaalalla ja jossa ympäristön lämpöenergia sekä viskositeetti vaikuttavat merkittävästi.

Mekaaniset ja termiset perusmekanismit ovat keskeisiä mikroliikkumisessa. Yksi keskeisimmistä ilmiöistä on Brownian liike, jossa partikkelit liikkuvat satunnaisesti nesteen molekyylien törmäysten seurauksena. Tämä therminen liike johtaa diffuusioon ja voi esiintyä sekä yksittäisissä proteiineissa ja biomolekyyleissä että epäorgaanisissa nanokomponenteissa. Mikroliikkumista voidaan mallittaa stokastisesti Langevin-yhtälöillä tai Fokker-Planck-yhtälöillä, jotka ottavat huomioon systemaattiset voimat, viskositeetin sekä lämpötilan.

Sovellukset ja merkitys ovat moninaisia. Mikroliikkumista tarkastellaan nanoteknologiassa ja mikroelektroniikassa MEMS- ja NEMS-laitteiden liikkeiden ymmärtämiseksi, sekä biotieteissä molekyylien ja proteiinien dynamiikan tutkimuksessa. Lisäksi se vaikuttaa materiaalien ominaisuuksien, kuten diffuusion ja epäorgaanisten hiukkasten liikkeen, tutkimukseen sekä drug delivery -järjestelmissä liikuttavien hiukkasten suunnitteluun.

Mittaaminen ja mallintaminen tapahtuvat eritasoisilla tekniikoilla. Videomikroskopia, yksittäisten hiukkasten seuraaminen ja spektrianalyysit antavat suoraa havaintoa mikroliikkeestä, kun taas matemaattiset mallit tarjoavat keinoja kuvata sekä ennustaa liikkuvuutta lämpötilan, ympäristön ja voimapinnan vaikutuksessa. Historiaan kuuluu Brownin liikkeen ja Einsteinin varhaiset ratkaisut, jotka määrittivät mikroliikkumisen teoreettisen perustan.