(Phys.org) —Quando os pesquisadores depositam uma gota de fluido contendo milhares de nadadores livres, geneticamente modificada E. coli em uma série de micromotores, dentro de minutos, os micromotores começam a girar. Algumas das bactérias individuais nadaram de cabeça para baixo em uma das 15 microcâmaras gravadas na borda externa de cada micromotor, e com seus flagelos projetando-se para fora das microcâmaras, juntas, as bactérias natatórias fazem com que os micromotores girem, algo semelhante a como um rio que flui gira um moinho de água.

Os pesquisadores, liderado por Roberto Di Leonardo, professor de física na Sapienza Università di Roma e no NANOTEC-CNR, ambos em Roma, publicaram um artigo sobre os micromotores movidos a bactérias em uma edição recente da Nature Communications .

"Nosso projeto combina uma alta velocidade de rotação com uma enorme redução na flutuação em comparação com as tentativas anteriores baseadas em bactérias do tipo selvagem e estruturas planas, "disse Di Leonardo." Podemos produzir grandes conjuntos de rotores controlados de forma independente que usam a luz como a fonte de energia final. Esses dispositivos podem servir um dia como atuadores baratos e descartáveis ​​em microrrobôs para coletar e classificar células individuais dentro de laboratórios biomédicos miniaturizados. "

Um fluido como o usado aqui, que contém grandes quantidades de bactérias natatórias, é chamado de "fluido ativo" devido à energia mecânica que contém. Para que fluidos ativos sejam usados ​​como combustível para propulsionar micro-máquinas, o movimento desordenado das bactérias deve ser controlado para que todas (ou a maioria) das bactérias se movam na mesma direção.

Isso é essencialmente o que os micromotores fazem. As microcâmaras ao longo das bordas de cada micromotor são inclinadas em um ângulo de 45 °, que maximiza o torque total com o qual as bactérias podem fazer os motores girarem. Em seu design, os pesquisadores também construíram uma rampa radial com barreiras colocadas estrategicamente que direcionam as bactérias natatórias para as microcâmaras. Em experimentos, os pesquisadores descobriram que a velocidade de rotação de um micromotor aumenta linearmente com o número de bactérias capturadas, e eles podiam facilmente atingir velocidades de rotação de 20 rotações por minuto.

Outro requisito importante para qualquer micromotor movido por bactérias é a capacidade de controlar o movimento do micromotor. Para fazer isso, os pesquisadores modificaram geneticamente o E. coli cepa para expressar uma bomba de prótons acionada por luz chamada proteorodopsina, que usa energia de fótons para bombear prótons contra o gradiente eletroquímico, o que aumenta a velocidade de natação da bactéria. Ao iluminar os micromotores movidos a bactérias com diferentes intensidades de luz, os pesquisadores poderiam então controlar a velocidade dos micromotores.

Para que esses sistemas sejam usados ​​em aplicações práticas, também é importante que todos os micromotores em uma matriz tenham velocidades médias uniformes e com pouca flutuação. Com a ajuda de um algoritmo de feedback que ilumina uniformemente o sistema a cada 10 segundos, os pesquisadores demonstraram que os micromotores podem ser sincronizados efetivamente com muito pouca variação na velocidade. Usando este método de controle de luz, os pesquisadores podiam girar um conjunto de micromotores em uníssono a uma velocidade particular.

Os micromotores propelidos por bactérias têm potenciais aplicações médicas, como entrega de drogas e carga, que os pesquisadores planejam investigar no futuro.

© 2017 Phys.org