Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanofluidics

Микроскопические организмы перемешивания жидкостей Удивительно быстро и эффективно

Published on November 4, 2009 at 5:11 PM

В исследованиях о движении крошечные бактерии, плавание, ученые департамента США Аргоннской национальной лаборатории энергетики обнаружили, что микроскопические организмы могут перемешать жидкость удивительно быстро и эффективно. В результате бактериального жгутика может действовать как крошечные двигатели для смешивания химикатов в биомедицинских комплектов, среди других приложений.

Это изображение показывает 3-D распределения концентрации бактерий плавание Сенная палочка в тонкой жидкой пленки, полученной по оптической когерентной томографии.

Игорь Аронсон, ученый Аргоннской материалов, а также Андрей Соколов, бывшая аспирантка из Иллинойского технологического института и в настоящее время докторской исследователь из Принстонского университета, свалили Bacillus subtillis бактерий в тонкие пленки для декодирования физики, которые управляют, как они движутся. Бактерий, каждая из которых снабжена множеством мелких жгутиков, или решка, выстрелил туда и обратно через фильмы.

Около пяти микрон в длину, бактерии обычно плавают около 20 микрон в секунду. Упакованные вместе, они плавают быстрее до 100 микрон в секунду. "Scaled в человеческий рост, это как скорость поезда", Аронсон сказал. "Они похожи на маленькие торпеды."

Два механизма управляют движением бактерий в кино. Как и люди, Б. subtillis нужен кислород, чтобы выжить. В переполненном фильм, уровень кислорода истощаются, отправляя бактерий плавание до поверхности для глоток кислорода, а затем обратно вниз, еще раз: явление, называемое bioconvection.

Бактериальные движения диктуется также принцип, называемый гидродинамический увлечения. Бактерии, пути креста, как правило, физически притягивают друг друга, и они пара до путешествия в тандеме по всему полю.

Соколов и Аронсон ранее разработали методику они назвали "бактерии контроля толпы", метод концентрации бактерий, которые используют умеренный электрический ток, чтобы заставить бактерии, ближе друг к другу. Они увидели, что сосредоточены бактерии самоорганизуются в большие "школы", которые плавают синхронно-рои бактерий, движущихся вместе, управляемый простым законам физики.

В текущем исследовании, исследователи хотели убедиться, энергичных плавание будет смешивать химические вещества равномерно по всей жидкости. "Они плавают так быстро, что мы не обнаружили никаких значительных градиентов каких-либо химических исключением кислорода", Аронсон сказал.

А некоторые кислорода смешение имело место: бактерии улучшения диффузии в 100 раз.

Второй сюрприз произошел, когда исследователи начали измерять вязкость жидкости, в которой плавали бактерии. Вязкость измеряется то, насколько легко потоков жидкости, например, мед обладает высокой вязкостью, чем вода.

Добавление большего количества вопрос жидкости обычно делает его толще или более вязкой, например, добавляя грязь в воде приводит к вялым, вязкой грязи. Так общепринятой бы предположить, что добавление много бактерий жидкости приведет к увеличению ее вязкости.

"Но, к нашему великому удивлению, жидкость на самом деле стало гораздо менее вязкой, по семь раз", говорит Аронсон. Тысячи крошечных двигателей питания бактерий реально помочь жидкости течь.

Аронсон считает, бактерии могут быть набраны как крошечные микро-двигателей для ряда будущих приложений. Например, бактериальная смесители могли бы объединить небольшое количество жидкости для проб и образцов. Мельче проба, тем труднее становится для смешивания; попытка объединить небольшие образцы трудно по этой причине. В случае небольших портативных по ходу аптечки тестирования, которые необходимо смешать небольшое количество химических веществ, щепотка бактерии могут быть чудодейственным.

Два доклада на которые ссылаются в этой статье. Бумаги "Расширенные смешивания и пространственной нестабильности в концентрированной суспензии бактериальных" была опубликована в физической E Обзор и доступна в Интернете. Во втором документе, «Снижение вязкости суспензии бактерий плавание", была опубликована в журнале Physical Review Letters и доступна в Интернете.

Финансирование данного исследования была предоставлена ​​Департаментом в Управление энергетики фундаментальных наук.

Last Update: 26. October 2011 19:16

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