(Phys.org)—Quando i ricercatori depositano una goccia di fluido contenente migliaia di nuotatori liberi, geneticamente modificato E. coli su una serie di micromotori, in pochi minuti i micromotori iniziano a ruotare. Alcuni dei singoli batteri hanno nuotato a capofitto in una delle 15 microcamere incise sul bordo esterno di ciascun micromotore, e con i loro flagelli che fuoriescono dalle microcamere, insieme i batteri del nuoto fanno ruotare i micromotori, in qualche modo simile a come un fiume che scorre fa ruotare un mulino ad acqua.

I ricercatori, guidato da Roberto Di Leonardo, professore di fisica alla Sapienza Università di Roma e al NANOTEC-CNR, sia a Roma, hanno pubblicato un articolo sui micromotori alimentati a batteri in un recente numero di Comunicazioni sulla natura .

"Il nostro design combina un'elevata velocità di rotazione con un'enorme riduzione della fluttuazione rispetto ai precedenti tentativi basati su batteri selvatici e strutture piatte, " ha detto Di Leonardo. "Siamo in grado di produrre grandi schiere di rotori controllati in modo indipendente che utilizzano la luce come ultima fonte di energia. Questi dispositivi potrebbero servire un giorno come attuatori economici e usa e getta in microrobot per la raccolta e lo smistamento di singole cellule all'interno di laboratori biomedici miniaturizzati".

Un fluido come quello usato qui, che contiene grandi quantità di batteri che nuotano, è chiamato "fluido attivo" per l'energia meccanica che contiene. Affinché i fluidi attivi possano essere utilizzati come combustibile per la propulsione di micromacchine, il movimento disordinato dei batteri deve essere controllato in modo che tutti (o la maggior parte) dei batteri si muovano nella stessa direzione.

Questo è essenzialmente ciò che fanno i micromotori. Le microcamere lungo i bordi di ciascun micromotore sono inclinate di un angolo di 45°, che massimizza la coppia totale con cui i batteri possono far ruotare i motori. Nel loro disegno, i ricercatori hanno anche costruito una rampa radiale con barriere posizionate strategicamente che dirigono i batteri che nuotano nelle microcamere. Negli esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che la velocità di rotazione di un micromotore aumenta linearmente con il numero di batteri catturati, e potevano facilmente raggiungere velocità di rotazione di 20 giri al minuto.

Un altro requisito importante per qualsiasi micromotore alimentato a batteri è la capacità di controllare il movimento del micromotore. Per fare questo, i ricercatori hanno modificato geneticamente il E. coli sforzo per esprimere una pompa protonica guidata dalla luce chiamata proteorodopsina che utilizza l'energia dei fotoni per pompare protoni contro il gradiente elettrochimico, che aumenta la velocità di nuoto dei batteri. Illuminando i micromotori alimentati a batteri con diverse intensità luminose, i ricercatori potrebbero quindi controllare la velocità dei micromotori.

Affinché questi sistemi possano essere utilizzati in applicazioni pratiche, è anche importante che tutti i micromotori di un array abbiano velocità medie uniformi e con poche fluttuazioni. Con l'aiuto di un algoritmo di feedback che illumina uniformemente il sistema ogni 10 secondi, i ricercatori hanno dimostrato che i micromotori possono essere sincronizzati efficacemente con una variazione minima della velocità. Usando questo metodo di controllo della luce, i ricercatori potrebbero ruotare una serie di micromotori all'unisono a una velocità particolare.

I micromotori a propulsione batterica hanno potenziali applicazioni mediche, come la consegna di farmaci e merci, che i ricercatori intendono indagare in futuro.

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