Управление микроскопическими пловцами с помощью миниатюрных вихрей
Учёные из Национальной лаборатории Аргонн Министерства энергетики США обнаружили способ использовать микроскопическое вихревое течение для быстрого очищения области от крошечных бактерий или плавающих роботов.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, исследователи поместили магнитную частицу в центр жидкой плёнки, заполненной плавающими бактериями.
Обычно бактерии двигаются хаотично, но когда учёные раскрутили частицу с помощью вращающегося магнитного поля, пловцы резко отплыли от центра, подобно косяку рыб, заметившему акулу.
На самом деле вращающаяся частица создаёт вокруг себя небольшой вихрь. Бактерии, плывущие параллельно линиям потока, быстро выталкиваются наружу — за исключением немногих, которых засасывает прямо к частице.
Мёртвые бактерии, которые не плавают, не выталкиваются вместе с живыми. «Из-за кривизны потока одни заплывают внутрь и захватываются вращающейся частицей, а другие вынуждены выплывать из изогнутого потока», — пояснил учёный Аргонн Андрей Соколов, соавтор работы.
Эта техника могла бы разделять живые и мёртвые бактерии или разные виды, штаммы или мутанты друг от друга. «Форма и скорость плавания разных видов означали бы, что они разделятся», — отметил физик Игорь Аронсон, соавтор исследования.
«При определённых частотах вращения бактерии самоорганизуются в спиральный ореол, создавая микроскопическую галактику — подобную нашей галактике Млечный Путь, но в триллионы триллионов (1024) раз меньше», — сказал Соколов.
Помимо нового понимания сил, управляющих микроскопическими пловцами и их средой, вихревая техника могла бы помочь предотвратить образование биоплёнок, нарушающих работу микрофлюидных устройств («лаборатория на чипе»).
«Это открытие предлагает новый подход для контроля и манипулирования микроскопическими пловцами», — сказал Аронсон. Учёные особенно заинтересованы в создании систем, в которых микроскопические пловцы могли бы собирать шестерёнки для построения крошечной машины, а затем приводить её в движение.