使用趋磁细菌的微观生物电动机

自1970年代发现以来，科学家们对趋磁细菌产生了浓厚的兴趣，趋磁细菌是一种有趣的微生物，由于它们在体内生长的磁铁矿颗粒而沿着磁场线移动。如何使用此属性来引发集体行为并创建微观引擎?这是PMMH实验室(巴黎索邦大学，CNRS的ESPCI Paris -PSL)的研究人员与奥赛和智利大学的FAST实验室的研究人员共同完成的工作。在发表于《自然通讯》杂志上的研究中，他们在磁场作用下设法在充满这些细菌的液滴中产生可逆涡旋。

无论是考虑细胞内的蛋白质还是大规模的动物运动(鸟群，鱼群……)，控制自组织现象的物理概念仍然是个谜。但是，在趋磁细菌的情况下，研究人员知道它们的运动受到体内微米级磁铁的影响，这使这些微生物与磁场线对齐，并在自然环境中沿着这些线移动找到他们的生态位。那么是否可以考虑制造这些细菌的悬浮液，从而控制其流动特性?

为了研究这种现象，PMMH实验室的科学家及其同事制备了分散在油中的水滴乳液，这些水滴中充满了大量细菌。当施加恒定磁场时，细菌在液滴内部自发形成涡流，并使液滴外部的油运动。然后，研究小组研究了实验的参数，表明可以通过反转磁场来反转旋转方向，或者通过改变磁场强度来改变旋转速度。因此，科学家证明了趋磁细菌可以被共同驱动以组织成可控的微观旋转马达

最后，由团队开发的将流体力学和磁响应结合起来的物理方法，使人们对形成这种受控和有组织的微观流动的可能性有了一定程度的了解，这在如此小的生物系统中是先验的。

图片来源：PMMH Lab和ESPCI Paris

Benoit Vincenti，第一位博士学位。PMMH Lab的学生补充说：“我们尚不了解导致这种集体运动的所有物理机制，但其复杂性无疑会引起人们的好奇。无论如何，这是可控活性物质系统的原始示例，这意味着细菌悬浮由于磁场的作用，它能够按需且以非侵入方式执行任务。该领域的潜在应用是众多的!”

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