Aktivt svømmende guld nanopartikler

Bakterier kan aktivt bevæge sig mod en næringsstofkilde - et fænomen kendt som kemotaksi - og de kan bevæge sig kollektivt i en proces kendt som sværm. Kinesiske forskere har redesignet kollektiv kemotaksi ved at oprette kunstige model -nanosvømmere fra kemisk og biokemisk modificerede guldnanopartikler. Modellen kunne hjælpe med at forstå dynamikken i kemotaktisk motilitet i en bakteriel sværm, afslutter undersøgelsen offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie .

Hvad forårsager sværm, og om sådan kollektiv adfærd kan omsættes til kunstige intelligente systemer, er i øjeblikket et emne for intensiv videnskabelig forskning. Det er kendt, at bakterier, der svømmer i en tæt pakke, føler den omgivende væske anderledes end en sålsvømmer. Men i hvilken grad svømmere bliver fremskyndet i en sværm, og hvilke andre faktorer spiller en rolle, er stadig uklart. Kolloid kemiker Qiang He ved Harbin Institute of Technology, Kina, og hans kolleger, har nu konstrueret en simpel kunstig model af bakterielignende nanosvimmere. De observerede aktiv kemotaktisk adfærd og dannelse af svømmerne til en tydeligt bevægelig sværm.

Han og hans kolleger konstruerede deres kunstige svømmere af små guldkugler. Med en størrelse 40 gange mindre end en almindelig bakterie, guldnanopartiklerne var under mikroskopets detektionsgrænse. Imidlertid, takket være et lysspredningsfænomen kaldet Tyndall-effekten, forskerne kunne observere større ændringer i løsningen indeholdende svømmere, selv med det blotte øje. Ved hjælp af andre analytiske teknikker, de løste også hastigheden, orientering, og koncentration af partiklerne i finere detaljer.

Forskere nyder at arbejde med guld -nanopartikler, fordi de små kugler danner en stabil, sprede løsning, observeres let med et elektronmikroskop, og molekyler kan fastgøres til dem relativt let. Han og hans team fyldte først overfladen af ​​store silicasfærer med guldpartikler. Derefter fastgjorde de polymerbørster på den eksponerede side af guldkuglerne. Disse børster var lavet af polymerkæder, og med en længde på op til 80 nanometer, de gjorde guldpartiklerne meget asymmetriske.

Forskerne opløste silica -bæreren og bandt et enzym på den eksponerede side af guldkuglerne, så de resulterende nanopartikler blev dækket med lange og tykke polymerbørster på den ene side og med enzymet på den anden. I nærvær af ilt, glucoseoxidaseenzymet nedbryder glukose til en forbindelse kaldet gluconinsyre.

For at afgøre, om nanosvømmere aktivt vil svømme i en given retning, forfatterne placerede dem i den ene ende af en lille kanal og placerede en permanent glukosekilde i den anden ende. På samme måde som levende bakterier, modellens svømmere rejste aktivt langs glukosegradienten mod glukosekilden. Denne kendsgerning alene var ikke overraskende som enzymatisk drevet, selvkørende svømmere er kendt fra eksperiment og teori. Men forfatterne kunne også opdage sværmende adfærd. De asymmetriske nanopartikler kondenseres til en separat fase, der bevægede sig kollektivt langs næringsstofgradienten.

Forfatterne forestiller sig, at nanosvømmere kunne videreudvikles som værdifulde og let tilgængelige fysiske modeller til at studere den kemotaktiske og sværmende adfærd af levende eller ikke-levende ting på nanoskalaen.