Mikromotori su pogonjeni bakterijama, pod kontrolom svjetlosti

Bentlon Podo mikromotori (Lipanj 2019).

Anonim

(Phys.org) - Kada istraživači pohranjuju kapljicu tekućine koja sadrži tisuće slobodno plivajućeg, genetski modificiranog E. coli na niz mikromotora, za nekoliko minuta mikromotori počinju rotirati. Neke od pojedinačnih bakterija imaju glavu za kupanje - prvo u jednu od 15 mikročaja, ugravirane na vanjskom rubu svakog mikromotora, a sa zastavom koja strši izvan mikročelja, zajedno s plivajućim bakterijama uzrokuju rotaciju mikromotora, nešto slično tome kako tekućina rijeka rotira vodenicu.

Istraživači, koji su vodili Roberto Di Leonardo, profesor fizike na Sapienza Universitari di Roma i NANOTEC-CNR, u Rimu, objavili su članak o mikromotorima s bakterijama u nedavnom izdanju Nature Communicationsa.

"Naš dizajn kombinira veliku brzinu rotacije s ogromnim smanjenjem fluktuacije u usporedbi s prijašnjim pokušajima baziranim na bakterijama divljeg tipa i ravnim strukturama", rekao je Di Leonardo. "Možemo proizvesti velike poluge nezavisno upravljanih rotora koji koriste svjetlost kao krajnji izvor energije. Ovi uređaji mogli bi jednog dana poslužiti kao jeftini i jednokratni aktuatori u mikrorobotima za prikupljanje i sortiranje pojedinačnih stanica u miniaturiziranim biomedicinskim laboratorijima".

Tekućina kao što je ovdje korištena, koja sadrži velike količine plivajućih bakterija, naziva se "aktivna tekućina" zbog mehaničke energije koju sadrži. Kako bi se aktivne tekućine koristile kao gorivo za propuhivanje mikroprocesora, neuredno gibanje bakterija mora biti kontrolirano tako da se svi (ili većina) bakterija pomaknu u istom smjeru.

To je u biti ono što mikromotori čine. Mikrokampanje duž rubova svakog mikromotora naginje se pod kutom od 45 °, što maksimizira ukupni okretni moment s kojim bakterija može uzrokovati rotaciju motora. U svom dizajnu, istraživači su također sagradili radijalnu rampu s strateški postavljenim barijerama koje usmjeravaju plućne bakterije u mikroskopije. U eksperimentima, istraživači su otkrili da se brzina rotacije micromotora povećava linearno s brojem zaraženih bakterija i lako postižu rotacijske brzine od 20 okretaja u minuti.

Drugi važan uvjet za bilo koji mikromotor s pogonom na bakteriju je sposobnost kontrole pokreta mikromotora. Da bi to učinili, istraživači su genetski modificirali E. coli soj da bi eksprimirao proton pumpa pod nazivom proteorhodopsin, koja koristi energiju fotona da pumpa protone prema elektrokemijskom gradijentu, što povećava brzinu plivanja bakterija. Osvjetljavanjem mikromotora s bakterijom s različitim intenzitetima svjetlosti, istraživači su tada mogli kontrolirati brzinu mikromotora.

Da bi se ti sustavi koristili u praktičnim primjenama, također je važno da svi mikromotori u nizu imaju prosječne brzine koje su jednake i imaju malu fluktuaciju. Pomoću povratnog algoritma koji ujednačeno osvjetljava sustav svakih 10 sekundi, istraživači su pokazali da se mikromotori mogu učinkovito sinkronizirati s vrlo malom varijacijom brzine. Koristeći ovu metodu kontrole svjetlosti, istraživači su mogli rotirati skup mikromotora jednodušno pri određenoj brzini.

Mikromotori koji pokreću bakterije imaju potencijalne medicinske primjene, poput dostave lijekova i tereta, koje istraživači planiraju istražiti u budućnosti.

menu
menu