과학자들은 비전통적인 물질을 조립하기 위해 헤엄치는 박테리아 목욕을 사용 합니다.

뜨거운 목욕은 휴식을 취하는 장소입니다. 과학자들에게는 분자 또는 작은 빌딩 블록이 만나 물질을 형성하는 곳이기도 합니다. 오스트리아 과학 기술 연구소(ISTA)의 연구원들은 이를 한 단계 더 발전시키고 수영하는 박테리아의 에너지를 사용하여 재료를 단조합니다. Nature Physics의 최근 연구는 이것이 어떻게 작동하는지 그리고 이 혁신적인 접근 방식에서 발생할 수 있는 잠재적인 지속 가능성 이점을 보여줍니다.

눈부신 아이디어가 언제 떠오를지 모릅니다. 때때로 그들은 비엔나의 볼더 체육관과 같이 가장 예상치 못한 곳에서 나타납니다. 헤엄치는 박테리아의 에너지를 활용하여 재료를 조립하는 방법을 연구해 온 물리학자 Jérémie Palacci 연구 그룹의 대학원생인 ISTA의 Daniel Grober와 Edouard Hannezo 그룹의 박사후 연구원인 Mehmet Can Uçar의 경우가 그러했습니다. 과학과 등반에 대한 공통된 열정에 힘입어 체육관에서의 토론은 Grober 실험의 종이 펜 모델로 바뀌었습니다. 그들의 개념은 태스크 포스에 합류하기로 결정한 Anđela Šarić 그룹의 박사후 연구원인 Ivan Palaia의 마음을 사로잡았습니다.

이 역동적인 all-ISTA 트리오는 함께 협력 노력에 착수하여 Nature Physics에 오늘 발표된 논문으로 정점에 도달했습니다. 이 연구는 작은 빌딩 블록에서 재료를 제조하는 새로운 실험 전략을 보여줍니다. 그것은 고온과 느린 냉각의 순환이 재료의 구조를 설정하는 대장장이의 순수 예술인 야금술의 아이디어를 수영하는 박테리아 목욕의 활동을 사용하여 부드러운 재료로 변환합니다.

활성 목욕이란 무엇입니까?

오스트리아 과학기술연구소(Institute of Science and Technology Austria)의 제레미 팔라치(Jérémie Palacci) 연구 그룹에서는 모든 것이 미세한 입자에 관한 것입니다. “우리 작업은 머리카락보다 100분의 1 더 작은 작은 ‘레고’와 같은 빌딩 블록을 중심으로 진행됩니다. 우리는 이러한 구성 요소가 어떻게 함께 모여 더 큰 구조를 형성하는지 이해하려고 노력합니다.”라고 그는 설명합니다. 일반적으로 이러한 빌딩 블록이 물에 매달려 있을 때 온도로 인해 흔들리며 입자가 무작위로 앞뒤로 뛸 수 있는 에너지를 제공합니다. 1905년 아인슈타인이 처음으로 합리화한 현상으로 브라운 운동이라고 합니다.

혼돈 속에서 질서를 확립하려면 물에 “활성제”를 추가하는 것이 좋습니다. 그 결과 에이전트가 작은 불처럼 작용하는 “활성 수조”로 알려진 결과가 나타납니다. 원칙적으로 이 여분의 에너지로 대장장이가 단조하는 방식과 같이 재료의 조립 및 속성을 제어할 수 있습니다. 그러나 지금까지 예를 들어 박테리아를 사용하여 위조하는 접근 방식은 탐색된 적이 없습니다.

박테리아 — 불

Palacci의 학생인 Daniel Grober는 이 도전에 도전하여 야금술에서 영감을 받은 특성을 가진 활성 욕조를 만들기 시작했습니다. Grober는 “우리는 E. coli 박테리아를 활성제로 사용했는데, 그들의 수영 동작이 에너지와 일종의 동요(물리학자의 경우 금속을 만드는 데 필요한 온도와 유사한 2000°C에 해당하는 ‘온도’)를 제공했기 때문입니다. 그러나 그것은 박테리아에 의해 만들어지고 실제 오븐이 아니기 때문에 젤과 부드러운 재료를 태우지 않고 사용할 수 있을 만큼 부드럽습니다.” 빌딩 블록은 끈적끈적한 콜로이드 형태의 미세한 입자로, 접촉할 때 서로 달라붙는 둥근 구슬입니다.

이 아이디어는 성공적인 것으로 판명되었습니다. 수영하는 박테리아는 구슬의 움직임을 효과적으로 증폭시켜 응집체와 젤 같은 구조를 형성했습니다.

박테리아의 박자에 맞춰 춤을

게다가 새로 형성된 이 성단의 관찰은 흥미로운 특이점을 보여주었다. 항상 집계는 시계 방향으로 회전했지만 매우 느립니다. 이 관찰을 밝히기 위해 Grober는 시스템 동작에 대한 통계 분석을 수행했습니다. 그는 대장균 편모의 시계 방향 회전(키랄성)에서 발생하는 집합체의 느리고 지속적인 회전을 확인했습니다. 과학자는 회전 운동이 그가 관찰한 색다른 구조를 형성하는 데 중추적인 역할을 한다고 의심했습니다.

주간 연구실 회의에서 그의 작업을 발표한 그의 동료 Ivan Palaia는 이 현상에 대한 이해를 이끌어냈습니다. Palaia는 수영하는 박테리아를 시뮬레이션하지 않고 박테리아 목욕의 키랄성을 포착하기 위해 최소한의 계산 모델을 제안했습니다. 컴퓨터 시뮬레이션은 먼저 메커니즘에 대한 더 깊은 이해를 제공하기 전에 실험 결과를 정량적으로 재현하여 검증되었습니다. 이 모델은 기존 방식으로는 달성할 수 없는 이국적인 기계적 특성을 가진 놀라운 구조를 형성함으로써 젤 성형에서 회전의 두드러진 역할을 확인했습니다.

앞으로 더 많은

비전통적인 물질을 조립하기 위해 박테리아 수조를 사용하는 것은 큰 가능성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 연구가 미크론 규모의 2D 구조로 제한되었지만 접근 방식은 업스케일링의 잠재력을 위해 설계되었습니다. “이 혁신적인 접근 방식을 사용하면 이론적으로 다음을 구성할 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230727144001.htm