Chemiotassi della riprogettazione degli scienziati creando i nanoswimmers artificiali dalle nanoparticelle dell'oro

I batteri possono attivamente avanzare verso un fenomeno nutriente di sorgente-un conosciuto come chemiotassi-e possono muoversi collettivamente in un trattamento conosciuto come sciamando. Gli scienziati cinesi hanno riprogettato la chemiotassi collettiva creando i nanoswimmers di modello artificiali nanoparticelle da chimicamente e biochimicamente modificate dell'oro.

Il modello ha potuto contribuire a capire la dinamica di motilità chemiotattica in uno sciame batterico, conclude lo studio pubblicato nel giornale Angewandte Chemie.

Chemiotassi della riprogettazione degli scienziati creando i nanoswimmers artificiali dalle nanoparticelle dell

Che cosa causa lo sciame e se tale comportamento collettivo può essere tradotto in sistemi intelligenti artificiali, è corrente un argomento di ricerca scientifica intensiva. È conosciuto che i batteri che nuotano in un terrapieno denso ritengono diversamente il liquido circostante da un solo nuotatore. Ma fino a che punto i nuotatori sono accelerati in uno sciame e che cosa altri fattori svolgono un ruolo, è ancora poco chiaro.

Chimico colloidale Qiang all'istituto di tecnologia di Harbin, alla Cina ed ai suoi colleghi, ora ha costruito un modello artificiale semplice con nanoswimmers del tipo di batteri. Hanno osservato il comportamento chemiotattico attivo e la formazione dei nuotatori in uno sciame distintamente muoventesi.

Lui ed i suoi colleghi hanno costruito i loro nuotatori artificiali dalle sfere minuscole di oro. Con una dimensione 40 cronometrano più piccolo di un batterio usuale, le nanoparticelle dell'oro era sotto il limite di segnalazione del microscopio. Tuttavia, grazie ad un fenomeno di luminoso scattering chiamato l'effetto Tyndall, gli scienziati hanno potuto osservare i più grandi cambiamenti nella soluzione che contiene i nuotatori, anche ad occhio nudo.

Facendo uso dell'delle altri tecniche analitiche, loro anche risolti la velocità, orientamento e concentrazione delle particelle in dettaglio più fine.

Gli scienziati godono di di lavorare con le nanoparticelle dell'oro perché le sfere minuscole formano una stalla, disperdono la soluzione, prontamente sono osservate con un microscopio elettronico e le molecole possono essere fissate relativamente facilmente a loro.

Lui e suo gruppo in primo luogo hanno caricato la superficie di grandi sfere della silice con le particelle dell'oro. Poi hanno fissato le spazzole del polimero dal lato esposto delle sfere dell'oro. Queste spazzole sono state fatte delle catene del polimero e con una lunghezza di fino a 80 nanometri, hanno reso le particelle dell'oro altamente asimmetriche.

I ricercatori hanno dissolto i portafili della silice ed hanno legato un enzima dal lato esposto delle sfere dell'oro in modo che le nanoparticelle risultanti fossero coperte di spazzole lunghe e spesse del polimero da un lato e di enzima d'altro canto. In presenza di ossigeno, l'enzima dell'ossidasi di glucosio decompone il glucosio in un composto chiamato acido gluconico.

Per determinare se i nanoswimmers attivamente nuotassero in una direzione data, gli autori li hanno collocati ad un'estremità di piccolo canale ed hanno collocato una sorgente permanente del glucosio all'altra estremità. Similmente ai batteri viventi, i nuotatori di modello attivamente hanno viaggiato lungo il gradiente del glucosio verso la sorgente del glucosio.

Questo fatto da solo non era sorprendente come i nuotatori enzimaticamente guidati e a propulsione autonoma sono conosciuti dall'esperimento e dalla teoria. Ma gli autori potrebbero anche individuare il comportamento di sciame. Le nanoparticelle asimmetriche hanno condensato in una fase separata che si è mossa collettivamente lungo il gradiente nutriente.

Gli autori immaginano che i nanoswimmers potrebbero più ulteriormente essere sviluppati come valuable e modelli fisici accessibili per studiare facilmente il comportamento di sciame e chemiotattico vivere o delle cose non-vivente sul nanoscale.

Source:
Journal reference:

Ji, Y. et al. (2019) Macroscale Chemotaxis from a Swarm of Bacteria-Mimicking Nanoswimmers. Angewandte Chemie. doi.org/10.1002/anie.201907733.