Las bacterias pueden moverse activamente hacia una fuente de nutrientes, un fenómeno conocido como quimiotaxis, y pueden moverse colectivamente en un proceso conocido como enjambre. Los científicos chinos han rediseñado la quimiotaxis colectiva mediante la creación de modelos de nano nadadores artificiales a partir de nanopartículas de oro modificadas química y bioquímicamente. El modelo podría ayudar a comprender la dinámica de la motilidad quimiotáctica en un enjambre bacteriano, concluye el estudio publicado en la revista Angewandte Chemie .

¿Qué causa el enjambre? y si tal comportamiento colectivo puede traducirse en sistemas inteligentes artificiales, es actualmente un tema de intensa investigación científica. Se sabe que las bacterias que nadan en un paquete denso sienten el fluido circundante de manera diferente a un solo nadador. Pero hasta qué punto los nadadores se aceleran en un enjambre, y qué otros factores influyen, aún no está claro. El químico coloidal Qiang He del Instituto de Tecnología de Harbin, Porcelana, y sus colegas, ahora han construido un modelo artificial simple de nano nadadores similares a bacterias. Observaron el comportamiento quimiotáctico activo y la formación de los nadadores en un enjambre claramente en movimiento.

Él y sus colegas construyeron sus nadadores artificiales a partir de diminutas esferas de oro. Con un tamaño 40 veces más pequeño que el de una bacteria habitual, las nanopartículas de oro estaban por debajo del límite de detección del microscopio. Sin embargo, gracias a un fenómeno de dispersión de la luz llamado efecto Tyndall, los científicos pudieron observar cambios más grandes en la solución que contiene nadadores, incluso a simple vista. Utilizando otras técnicas analíticas, también resolvieron la velocidad, orientación, y concentración de las partículas con mayor detalle.

Los científicos disfrutan trabajando con nanopartículas de oro porque las esferas diminutas forman un solución dispersa, se observan fácilmente con un microscopio electrónico, y las moléculas se les pueden unir con relativa facilidad. Él y su equipo primero cargaron la superficie de grandes esferas de sílice con partículas de oro. Luego colocaron cepillos de polímero en el lado expuesto de las esferas doradas. Estos cepillos estaban hechos de cadenas de polímero, y con una longitud de hasta 80 nanómetros, hicieron que las partículas de oro fueran altamente asimétricas.

Los investigadores disolvieron el portador de sílice y ataron una enzima en el lado expuesto de las esferas de oro para que las nanopartículas resultantes se cubrieran con cepillos de polímero largos y gruesos en un lado y con la enzima en el otro. En presencia de oxígeno, la enzima glucosa oxidasa descompone la glucosa en un compuesto llamado ácido glucónico.

Para determinar si los nano nadadores nadarían activamente en una dirección determinada, los autores los colocaron en un extremo de un pequeño canal y colocaron una fuente de glucosa permanente en el otro extremo. De manera similar a las bacterias vivas, los nadadores modelo viajaron activamente a lo largo del gradiente de glucosa hacia la fuente de glucosa. Este hecho por sí solo no fue sorprendente como impulsado enzimáticamente, Los nadadores autopropulsados ​​son conocidos por la experimentación y la teoría. Pero los autores también pudieron detectar un comportamiento de enjambre. Las nanopartículas asimétricas se condensaron en una fase separada que se movió colectivamente a lo largo del gradiente de nutrientes.

Los autores imaginan que los nano nadadores podrían desarrollarse aún más como modelos físicos valiosos y fácilmente accesibles para estudiar el comportamiento quimiotáctico y de enjambre de seres vivos o no vivos a nanoescala.