(Phys.org) —Cuando los investigadores depositan una gota de líquido que contiene miles de natación libre, manipulado genéticamente E. coli en una serie de micromotores, en cuestión de minutos, los micromotores comienzan a girar. Algunas de las bacterias individuales han nadado de cabeza en una de las 15 microcámaras grabadas en el borde exterior de cada micromotor, y con sus flagelos sobresaliendo de las microcámaras, juntas, las bacterias nadadoras hacen que los micromotores giren, algo similar a cómo un río que fluye hace girar un molino de agua.

Los investigadores, dirigido por Roberto Di Leonardo, profesor de física en la Sapienza Università di Roma y en NANOTEC-CNR, ambos en Roma, han publicado un artículo sobre los micromotores alimentados por bacterias en un número reciente de Comunicaciones de la naturaleza .

"Nuestro diseño combina una alta velocidad de rotación con una enorme reducción en la fluctuación en comparación con los intentos anteriores basados ​​en bacterias de tipo salvaje y estructuras planas, ", dijo Di Leonardo." Podemos producir grandes conjuntos de rotores controlados de forma independiente que utilizan la luz como la fuente de energía definitiva. Estos dispositivos podrían servir algún día como actuadores baratos y desechables en microrobots para recolectar y clasificar células individuales dentro de laboratorios biomédicos miniaturizados ".

Un fluido como el que se usa aquí, que contiene grandes cantidades de bacterias nadadoras, se denomina "fluido activo" debido a la energía mecánica que contiene. Para que los fluidos activos se utilicen como combustible para propulsar micromáquinas, el movimiento desordenado de las bacterias debe controlarse para que todas (o la mayoría) de las bacterias se muevan en la misma dirección.

Esto es esencialmente lo que hacen los micromotores. Las microcámaras a lo largo de los bordes de cada micromotor están inclinadas en un ángulo de 45 °, que maximiza el par total con el que las bacterias pueden hacer girar los motores. En su diseño, los investigadores también construyeron una rampa radial con barreras colocadas estratégicamente que dirigen las bacterias que nadan hacia las microcámaras. En experimentos, los investigadores encontraron que la velocidad de rotación de un micromotor aumenta linealmente con la cantidad de bacterias capturadas, y podrían alcanzar fácilmente velocidades de rotación de 20 revoluciones por minuto.

Otro requisito importante para cualquier micromotor alimentado por bacterias es la capacidad de controlar el movimiento del micromotor. Para hacer esto, los investigadores modificaron genéticamente el E. coli tensión para expresar una bomba de protones impulsada por la luz llamada proteorrodopsina que utiliza energía de fotones para bombear protones contra el gradiente electroquímico, lo que aumenta la velocidad de natación de las bacterias. Al iluminar los micromotores alimentados por bacterias con diferentes intensidades de luz, los investigadores pudieron entonces controlar la velocidad de los micromotores.

Para que estos sistemas se utilicen en aplicaciones prácticas, También es importante que todos los micromotores de una matriz tengan velocidades medias uniformes y con poca fluctuación. Con la ayuda de un algoritmo de retroalimentación que ilumina uniformemente el sistema cada 10 segundos, los investigadores demostraron que los micromotores se pueden sincronizar de manera efectiva con muy poca variación en la velocidad. Usando este método de control de luz, los investigadores pudieron rotar un conjunto de micromotores al unísono a una velocidad particular.

Los micromotores propulsados ​​por bacterias tienen posibles aplicaciones médicas, como la entrega de drogas y carga, que los investigadores planean investigar en el futuro.

© 2017 Phys.org