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Organismos Microscópicos que Agitam Líquidos Notàvel Rapidamente e Eficazmente

Published on November 4, 2009 at 5:11 PM

Nos estudos do movimento das bactérias minúsculas da natação, os cientistas no Ministério de E.U. do Laboratório Nacional do Argonne da Energia encontraram que os organismos microscópicos podem agitar líquidos notàvel rapidamente e eficazmente. Em conseqüência, os flagelos bacterianos podiam actuar como os motores minúsculos para misturar produtos químicos em jogos biomedicáveis, entre outras aplicações.

Esta imagem mostra a distribuição 3-D da concentração do Bacillus-subtilis das bactérias da natação no filme líquido fino obtido pelo tomografia óptico da coerência.

Igor Aronson, um cientista dos materiais de Argonne, e Andrey Sokolov, um aluno diplomado anterior do Instituto de Tecnologia de Illinois e agora do pesquisador pos-doctoral na Universidade de Princeton, Bacilo empilhado bactérias dos subtillis nos filmes finos para descodificar a física que governam como se movem. As bactérias, cada um equipadas com muitos flagelos minúsculos, ou caudas, tiro para a frente e para trás através dos filmes.

Aproximadamente cinco mícrons de comprimento, as bactérias nadam tipicamente aproximadamente 20 mícrons de por segundo. Embalados junto, nadam mais rápido-acima a 100 mícrons de por segundo. “Escalou ao tamanho humano, é como a velocidade de um comboio,” Aronson disse. “São como torpedos pequenos.”

Dois mecanismos governam os movimentos das bactérias nos filmes. Como seres humanos, os subtillis do B. precisam o oxigênio de sobreviver. Em um filme aglomerado, os níveis do oxigênio tornam-se esgotados, enviando as bactérias que nadam até a superfície para um gole do oxigênio e então para trás para baixo outra vez: um fenômeno chamou o bioconvection.

O movimento Bacteriano é ditado igualmente por um princípio chamado arrastamento hidrodinâmico. As Bactérias cuja a cruz dos trajectos tende a se atrair fisicamente, e emparelham-se até o curso em tandem através do campo.

Sokolov e Aronson tinham desenvolvido mais cedo uma técnica que chamou as “bactérias controle de multidão”, um método de concentrar as bactérias que usa uma corrente elétrica suave para forçar junto as bactérias mais próximas. Viram que as bactérias concentradas auto-organizam em grandes “escolas” essa nadada nos synch-enxames das bactérias que juntam, controlados pelas leis de física simples.

No estudo actual, os pesquisadores quiseram ver se a natação vigorosa misturaria produtos químicos uniformente durante todo o líquido. “Nadam tão rapidamente que nós não encontramos nenhum inclinação significativo de nenhum produto químico exceto o oxigênio,” Aronson disseram.

E alguma mistura do oxigênio ocorreu: as bactérias melhoraram a difusão pela dobra 100.

Uma segunda surpresa veio quando os pesquisadores começaram a medir a viscosidade do líquido em que as bactérias nadaram. Medidas da Viscosidade como facilmente fluxos fluidos; por exemplo, o mel tem uma viscosidade mais alta do que a água.

Adicionar mais matéria a um líquido fá-lo geralmente mais grosso ou mais viscoso-para o exemplo, adicionando a sujeira à água produz a lama lenta, viscoso. Assim a sabedoria popular sugeriria que isso adicionar lotes das bactérias ao líquido aumentasse sua viscosidade.

“Mas a nossa grande surpresa, o líquido transformou-se realmente muito menos viscoso-por um factor de sete,” Aronson disse. Os Milhares de motores minúsculos que põem as bactérias ajudam realmente o líquido a fluir.

Aronson pensa que as bactérias poderiam ser recrutadas como os micro-motores minúsculos para um número de aplicações futuras. Por exemplo, os misturadores bacterianos podiam combinar pequenas quantidades de líquidos para testes e amostras. Mais minúscula uma amostra é, mais duro torna-se para misturar; tentar combinar amostras pequenas é difícil por este motivo. Para pequeno, o portable em--vai os jogos de teste médicos, que precisam de misturar quantidades minúsculas de produtos químicos, uma pitada das bactérias poderia ser a bala mágica.

Dois papéis são providos neste artigo. O papel “Aumentou a mistura e a instabilidade espacial em suspensões bacterianas concentradas” foi publicada na Revisão Física E e é acessível em linha. O segundo papel, “Redução da viscosidade em suspensão das bactérias da natação”, foi publicado em Letras Físicas da Revisão e é acessível em linha.

O Financiamento para esta pesquisa foi fornecido pelo Ministério do Escritório da Energia da Ciência Básica.

O Laboratório Nacional de Argonne procura soluções a pressionar problemas nacionais na ciência e na tecnologia. O primeiro laboratório nacional da nação, Argonne conduz a investigação científica básica e aplicada da vanguarda em virtualmente cada disciplina científica. Os pesquisadores de Argonne trabalham pròxima com os pesquisadores das centenas de empresas, de universidades, e de federal, estado e agências municipais para ajudá-los a resolver seus problemas específicos, a avançar liderança científica de s de América 'e a preparar a nação por um futuro melhor. Com os empregados de mais de 60 nações, Argonne é controlado por UChicago Argonne, LLC para o Ministério de E.U. do Escritório da Energia da Ciência.

Last Update: 13. January 2012 11:29

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