细菌的喷射带着微生物

时间:2020-04-06 18:40 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

细菌的喷射带着微生物

如何控制生物系统执行特定的任务是一个长期存在的挑战。哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所(Niels Bohr Institute)的研究人员与美国和英国的研究小组合作,在《自然物理学》(Nature Physics)杂志上发表了一篇论文据报道,他们现在正在这么做。他们发现了一种控制细菌运输微生物的方法。细菌形成了世界上最大的生物量,比所有动物和植物的总和还大,它们在不断地移动,但它们的移动是混乱的。研究人员认为,如果这种运动可以控制,他们就可能把它发展成一种生物工具。他们用一个液晶来指示细菌移动的方向,并添加了一个细菌携带的显微镜下的货物,这个货物的大小是细菌的五倍多。

Bacteria-scale铁路建设

尼尔斯波尔研究所的助理教授Amin Doostmohammadi解释说,过去曾有人试图控制细菌的行为。但是他和他的同事们采用了一种新颖的方法:“我们对自己说,我们为细菌创造一条轨迹怎么样?我们实验的方法是把细菌放入液晶中。问题是液晶不像水晶,也不是液体,而是介于两者之间。晶体中的每个分子都有一个方向,但没有一个位置顺序。这意味着分子可以像液体一样流动,但同时它们也可以像晶体一样排列。这正是液晶显示器(lcd)的物理原理,适用于电视、显示器和手机。细菌会朝同一个方向移动。它不会限制细菌的移动,只会让它们朝着我们想要的方向移动。”

模式设计和模型构建

根据Amin Doostmohammadi的说法,实验的伟大成果是在没有波动的情况下,细菌朝着指定的方向喷射。如果喷射出的细菌足够强大,足够有用,那么细菌的浓度就必须很高,不稳定性就会开始出现。喷射变得不稳定和混乱。但在液晶模式下,不稳定性可以得到很大程度的抑制,防止细菌射流变得混乱。模式决定方向。这意味着有可能创造出足够强大的细菌射流来携带一串串微小的货物,每一件货物的大小是细菌本身的五倍。

不断扩大的科学领域

在过去10年左右的时间里,科学领域得到了扩展。目前,在相当大的程度上控制细菌是可能的,而所谓的“活性物质”——细菌——可以旋转或形成不同的模式。现在,通过这种方法,细菌喷流可以在太空中稳定下来,这样它们甚至可以携带微小的货物。

“我们仍处于实验阶段,还没有指定的区域来使用这项技术。目前,主要的动力是医疗应用。但实际上,当我们思考它的时候,我们实际上是在讨论一种全新的材料。我们以前就知道液晶,但现在我们面对的是活的液晶,”Amin Doostmohammadi说。“你可以想象这项研究带来了各种各样的材料科学机遇。也许它也适用于其他系统,适用于细胞行为或精子行为等等。作为一名理论物理学家,我从科学的角度思考其基本含义,但是细菌传递药物的能力,是一种新的东西。值得注意的是,当你以这种方式给药时,你不需要任何外力。细菌自己在做这件事。它本身就像一个流体泵。可以说,它是一种自我泵送的液体。”

理论和实验是密不可分的

这些结果是与其他研究小组合作得出的。在美国有两名合作者肯特州立大学的Oleg Lavrentovich和宾夕法尼亚州立大学的Igor Aranson在2014年开始了这个分支的研究。现在,他们与尼尔斯波尔研究所的Amin Doostmohammadi和牛津大学的Julia Yeomans合作,通过实验和理论来设计和控制强细菌射流。“我们可能有一个理论想法,但实际上是理论和实验的结合导致了这些有希望的结果,”Amin Doostmohammadi说。

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