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Organismes Microscopiques Remuant des Liquide Remarquablement Rapidement et Effectivement

Published on November 4, 2009 at 5:11 PM

Dans les études du mouvement des bactéries minuscules de natation, les scientifiques au Ministère De L'énergie des États-Unis le Laboratoire National d'Argonne Ont constaté que les organismes microscopiques peuvent remuer des liquide remarquablement rapidement et effectivement. En conséquence, les flagelles bactériens ont pu agir comme les moteurs minuscules de mélanger des produits chimiques dans les trousses biomédicales, entre d'autres applications.

Cette image affiche la distribution à trois dimensions de concentration du Bacillus subtilis de bactéries de natation en film liquide mince obtenu par la tomographie optique de cohérence.

Igor Aronson, un scientifique de matériaux d'Argonne, et Andrey Sokolov, un ancien étudiant de troisième cycle de l'Institut de Technologie de l'Illinois et maintenant du chercheur post-doctoral à l'Université de Princeton, Bacille empilé bactéries de subtillis dans les films minces pour décoder la physique qui régissent comment elles déménagent. Les bactéries, chacune équipées de beaucoup de flagelles minuscules, ou arrières, piqûre dans les deux sens en travers des films.

Environ cinq microns de long, les bactéries nagent type environ 20 microns par seconde. Bourrés ensemble, ils nagent rapide- à 100 microns par seconde. « A Évalué à la taille humaine, elle est comme la vitesse d'un train, » Aronson a dit. « Ils sont comme de petites torpilles. »

Deux mécanismes régissent les mouvements des bactéries en films. Comme des êtres humains, les subtillis de B. a besoin d'oxygène pour survivre. Dans un film serré, les niveaux de l'oxygène deviennent épuisés, envoyant des bactéries nageant jusqu'à la surface pour un groupe d'octets de l'oxygène et puis de retour vers le bas de nouveau : un bioconvection appelé de phénomène.

Le mouvement Bactérien est également dicté par un entraînement hydrodynamique appelé de principe. Les Bactéries dont la croix de chemins tendent à s'attirer matériel, et elles appareillent jusqu'à la course en tandem en travers de la zone.

Sokolov et Aronson ont eu plus précoce ont développé une technique elles « contrôle des foules de bactéries » appelé, une méthode de concentrer des bactéries qui emploie un courant électrique modéré pour forcer les bactéries plus proches ensemble. Ils ont vu que les bactéries concentrées auto-dispensent en grandes « écoles » ce bain dans les synchronisation-essaims des bactéries rapprochant, réglés par les lois de la physique simples.

Dans l'étude actuelle, les chercheurs ont voulu voir si la natation vigoureuse mélangerait des produits chimiques même dans tout le liquide. « Ils nagent tellement rapidement que nous n'avons trouvé aucun gradient significatif de n'importe quel produit chimique excepté l'oxygène, » Aronson ont dit.

Et le mélange de l'oxygène s'est produit : les bactéries ont amélioré la diffusion par 100 fois.

Une deuxième surprise est venue quand les chercheurs ont commencé à mesurer la viscosité du liquide en lequel les bactéries ont nagé. Mesures de Viscosité comment facilement écoulements de fluide ; par exemple, le miel a un plus de grande viscosité que l'eau.

Ajouter plus de substance à un liquide le rend habituellement plus épais ou plus visqueux-pour l'exemple, ajoutant des saletés à l'eau produit la boue lente et visqueuse. Ainsi la sagesse populaire suggérerait que cela ajouter un bon nombre de bactéries au liquide augmente sa viscosité.

« Mais à notre surprise grande, le liquide réellement est devenu beaucoup moins visqueux-par un facteur de sept, » Aronson a dit. Les Milliers de moteurs minuscules actionnant les bactéries aident réellement le liquide pour circuler.

Aronson pense que les bactéries pourraient être recrutées en tant que micro-moteurs minuscules pour un certain nombre de futures applications. Par exemple, les mélangeurs bactériens ont pu combiner des petites quantités de liquide pour des tests et des échantillons. Plus un échantillon est minuscule, plus il devient pour se mélanger dur ; essayer de combiner de petits échantillons est difficile pour cette raison. Pour le petit, le portable sur-le-vont les trousses de test médical, qui doivent mélanger des quantités minuscules de produits chimiques, un pincement de bactéries pourrait être la balle magique.

Deux papiers sont mis en référence en cet article. « Le mélange Amélioré de papier et l'instabilité spatiale dans les suspensions bactériennes concentrées » ont été publiés dans la Révision Matérielle E et sont accessibles en ligne. Le deuxième document, « Réduction de viscosité en suspension des bactéries de natation », a été publié dans les Lettres Matérielles de Révision et est accessible en ligne.

Le Financement pour cette recherche a été fourni par le Ministère De L'énergie le Bureau De la Science Fondamentale.

Le Laboratoire National d'Argonne recherche des solutions à appuyer des problèmes nationaux en science et technologie. Le premier laboratoire national du pays, Argonne conduit la recherche scientifique fondamentale et appliquée de pointe dans pratiquement chaque domaine scientifique. Les chercheurs d'Argonne travaillent attentivement avec des chercheurs des centaines de compagnies, universités, et fédéral, condition et agences municipales pour les aider pour résoudre leurs problèmes particuliers, commandement scientifique de s pour avancer Amérique 'et pour préparer le pays pour un meilleur contrat à terme. Avec des employés de plus de 60 pays, Argonne est managé par UChicago Argonne, LLC pour le Ministère De L'énergie des États-Unis le Bureau De la Science.

Last Update: 13. January 2012 13:18

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