Hybride biologische machines aangedreven door bacteriën

Anonim

Hybride biologische machines aangedreven door bacteriën

Wetenschap

Darren Quick

22 december 2009

2 afbeeldingen

Diagram dat de bewegingen van tandwielen volgt die door de bacteriën worden gedraaid (Afbeelding: Igor Aronson / Argonne National Laboratory)

Onderzoekers hebben ontdekt dat gewone bacteriën die in een oplossing zijn gesuspendeerd, kunnen worden gemaakt om microgeheugens te maken. Dit opent de mogelijkheid om hybride biologische machines op microscopische schaal te bouwen. De onderzoekers zeggen dat de ontdekking aantoont hoe microscopisch kleine zwemmende stoffen, zoals bacteriën of door de mens gemaakte nanorobots, in combinatie met harde materialen, een "slim materiaal " kunnen vormen, dat zijn microstructuren dynamisch kan veranderen, schade kan repareren of microdevices kan aandrijven.

Wetenschappers van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) Het Argonne National Laboratory en Northwestern University produceerden microgears met een lengte van slechts 380 micron (0, 38 mm) met schuine spaken en plaatsten deze samen met de gemeenschappelijke aërobe bacteriën Bacillus subtilis in een oplossing. De onderzoekers zagen dat de bacteriën willekeurig leken te zwemmen, maar af en toe botsten de organismen tegen de spaken van de versnelling en begonnen deze in een bepaalde richting te draaien.

Een paar honderd bacteriën werken samen om het tandwiel te laten draaien. Wanneer er meerdere tandwielen in de oplossing worden geplaatst met de spaken aangesloten zoals in een klok, zullen de bacteriën beide tandwielen in tegenovergestelde richtingen draaien, waardoor de tandwielen synchroon draaien - zelfs gedurende lange tijd.

De onderzoekers waren ook in staat om de snelheid waarmee de tandwielen door de manipulatie van zuurstof in de gesuspendeerde vloeistof draaien, te regelen. Omdat de bacteriën zuurstof nodig hebben om te zwemmen, konden ze de beweging van de versnellingen vertragen door de beschikbare hoeveelheid zuurstof te verminderen. Het uitschakelen van de zuurstof stopte volledig de beweging en zodra de zuurstof opnieuw in het systeem werd geïntroduceerd, "ontwaakten de bacteriën" en begonnen opnieuw te zwemmen.

"Het vermogen om de kracht van bacteriële bewegingen te benutten en beheersen, is een belangrijke vereiste voor de verdere ontwikkeling van hybride biomechanische systemen aangedreven door micro-organismen, " zei Argonne-fysicus en hoofdonderzoeker Igor Aronson. "In dit systeem zijn de tandwielen een miljoen keer meer zwaarder dan de bacteriën. "

Een paper over de ontdekking verschijnt in Proceedings of the National Academy of Sciences .

Diagram dat de bewegingen van tandwielen volgt die door de bacteriën worden gedraaid (Afbeelding: Igor Aronson / Argonne National Laboratory)

Silhouetten van verschillende tandwielontwerpen die door Bacillus subtilis-bacteriën kunnen worden gedraaid (Afbeelding: Igor Aronson / Argonne National Laboratory)