Posted in | Nanofluidics

Microscopische Organismen die Vloeistoffen Effectief Bewegen Opmerkelijk Snel en

Published on November 4, 2009 at 5:11 PM

In studies van de motie van uiterst kleine zwemmende bacteriën, vonden de wetenschappers bij het Nationale Laboratorium van Argonne van het Ministerie van de V.S. van Energie dat de microscopische organismen vloeistoffen kunnen opmerkelijk snel en effectief bewegen. Dientengevolge, konden de bacteriële flagella als uiterst kleine motoren handelen om chemische producten in biomedische uitrustingen, onder andere toepassingen te mengen.

Dit beeld toont de 3-D concentratiedistributie van zwemmende bacteriënBacil - subtilis in dunne vloeibare film verkregen door optische coherentietomografie.

Igor Aronson, een Argonne materialenwetenschapper, en Andrey Sokolov, een vroegere gediplomeerde student van het Instituut van Illinois van Technologie en nu post-doctorale onderzoeker bij Universiteit Princeton, stapelden Bacil subtillisbacteriën in dunne films op om de fysica te decoderen die regeren hoe zij zich bewegen. De bacteriën, elk uitgerust met vele uiterst kleine flagella, of staarten, schot afwisselend over de films.

Ongeveer vijf microns lang, zwemmen de bacteriën typisch ongeveer 20 microns per seconde. Samen Ingepakt, zwemmen zij snel-omhoog aan 100 microns per seconde. „Geschraapt aan menselijke grootte, is het als de snelheid van een trein,“ bovengenoemde Aronson. „Zij zijn als kleine torpedo's.“

Twee mechanismen regeren de bewegingen van bacteriën in films. Als mensen, vergt subtillis van B. zuurstof om te overleven. In een overvolle film, worden de zuurstofniveaus uitgeput, verzendend bacteriën die tot de oppervlakte voor een teug van zuurstof en toen terug zwemmen onderaan opnieuw: een fenomeen genoemd bioconvection.

De Bacteriële motie wordt ook gedicteerd door een principe genoemd hydrodynamisch meevoeren. Bacteriën het waarvan wegenkruis neigt om elkaar fysisch aan te trekken, en zij rangschikken tot reis in achter elkaar over het gebied in paren.

Sokolov en Aronson hadden vroeger een techniek ontwikkeld zij „de controle van de bacteriënmenigte“, een methode van concentrerende bacteriën riepen die een milde elektrostroom gebruikt om de bacteriën dichter samen te dwingen. Zij zagen dat de geconcentreerde bacteriën zich in grote „scholen“ die in synch-zwermen van zich samen bewegen die bacteriën zwemmen die zelf-organiseren, door de eenvoudige wetten van fysica worden gecontroleerd.

In de huidige studie, wilden de onderzoekers zien of het krachtige zwemmen gelijk chemische producten door de vloeistof zou mengen. „Zij zwemmen zo snel dat wij geen significante gradiënten van chemisch behalve zuurstof vonden,“ bovengenoemde Aronson.

En wat zuurstof het mengen zich kwam voor: de bacteriën verbeterden 100 keer de verspreiding door.

Een tweede verrassing kwam toen de onderzoekers begonnen de viscositeit van de vloeistof te meten waarin de bacteriën zwommen. De Viscositeit meet hoe gemakkelijk een vloeistof stroomt; bijvoorbeeld, heeft de honing een hogere viscositeit dan water.

Het Toevoegen van meer kwestie aan een vloeistof maakt het dikker gewoonlijk of meer kleverig-voor voorbeeld, die vuil toevoegen aan water produceert trage, kleverige modder. De Zo conventionele wijsheid zou voorstellen dat het toevoegen van veel bacteriën aan de vloeistof zijn viscositeit zou verhogen.

„Maar aan onze grote verrassing, werd de vloeistof eigenlijk veel minder kleverig-door een factor van zeven,“ bovengenoemde Aronson. Duizenden uiterst kleine motoren die de bacteriën aandrijven helpen eigenlijk de vloeistof te stromen.

Aronson denkt de bacteriën als uiterst kleine micro-motoren voor een aantal toekomstige toepassingen zouden kunnen worden aangeworven. Bijvoorbeeld, konden de bacteriële mixers kleine hoeveelheden vloeistoffen voor tests en steekproeven combineren. Kleiner een steekproef is, wordt harder het om zich te mengen; proberen om kleine steekproeven te combineren is moeilijk om deze reden. Voor klein, draagbaar op-de-ga medische testende uitrustingen, die uiterst kleine hoeveelheden chemische producten moeten mengen, een snuifje van bacteriën zou kunnen de magische kogel zijn.

Twee documenten worden van verwijzingen voorzien in dit artikel. Het document „het Verbeterde mengen zich en de ruimteinstabiliteit in geconcentreerde bacteriële opschortingen werden“ gepubliceerd in Fysiek Overzicht E en zijn online beschikbaar. Het tweede document, „Vermindering van viscositeit in opschorting van zwemmende bacteriën“, werd gepubliceerd in de Fysieke Brieven van het Overzicht en is online beschikbaar.

De Financiering voor dit onderzoek werd verstrekt door het Bureau van het Ministerie van Energie van BasisWetenschap.

Het Nationale Laboratorium van Argonne naar oplossingen streeft aan het drukken van nationale problemen in wetenschap en technologie. Het eerste nationale laboratorium van de natie, Argonne leidt leading-edge fundamenteel en toegepast wetenschappelijk onderzoek naar vrijwel elke wetenschappelijke discipline. De onderzoekers van Argonne werken nauw met onderzoekers van honderden bedrijven, universiteiten, en federaal, staat en gemeentelijke agentschappen samen om hen te helpen hun specifieke problemen, de wetenschappelijke leiding van vooruitgangsAmerika 'oplossen s en de natie voor een betere toekomst voorbereiden. Met werknemers van meer dan 60 naties, wordt Argonne geleid door UChicago Argonne, LLC voor het Bureau van het Ministerie van de V.S. van Energie van Wetenschap.

Last Update: 13. January 2012 14:38

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit