Fyysikot saivat bakteerit uimaan lähes täydellisissä riveissä
Bakteerien ohjaaminen onnistui magneettikentän avulla. Löytö auttaa ymmärtämään bakteeripopulaatioiden käyttäytymistä ja voi jatkossa auttaa esimerkiksi kehittämään uuden sukupolven materiaaleja, joista kaavaillaan apua muun muassa lääkkeiden kohdennettuun kuljettamiseen kehon sisällä.
![Kun magneettikenttä kytketään päälle, bakteerit järjestyvät aktiivisen turbulenssin tilasta selkeisiin jonoihin. Kuva: Kazusa Beppu / Aalto-yliopisto](/data/images/public/37936456/70369500/13f92088-b6e8-404f-9ed9-53c5af5d24e3-w_720.png)
Aalto-yliopiston tutkijat ovat löytäneet keinon käyttää magneettikenttiä uivien bakteerien liikkeen ohjaamiseen. Tutkijat uskovat, että menetelmästä on hyötyä muun muassa tulevaisuuden materiaalikehityksessä.
Arvostetussa Communications Physics -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa tutkijat sekoittivat sauvamaisia bakteereita nesteeseen, jossa on miljoonittain magneettisia nanohiukkasia. Kun tutkijat kytkivät magneetin päälle ja loivat sen avulla magneettikentän, bakteerit kääntyivät ja järjestyivät magneettikentän suuntaiseen jonoon.
“Olemme onnistuneet hallitsemaan täysin tavanomaisia Bacillus subtilis -bakteereja magneettikentän avulla. Bakteerit eivät siis itsessään ole magneettisia, kuten jotkut erittäin harvinaiset magnetotaktiset bakteerilajit”, tarkentaa apulaisprofessori Jaakko Timonen.
Tavallisten bakteerien kääntyminen ja järjestyminen magneettikentässä johtui magneettisen nesteen kautta niihin välittyvistä voimista. Magneettikentän voimakkuus ohjasi bakteerien järjestymisen tasoa nesteessä: Kun magneetit olivat pois päältä, bakteerit uivat ympäriinsä sattumanvaraisesti. Kun tutkijat lisäsivät magneettikentän voimakkuutta, bakteerit asettuivat yhä enemmän ja enemmän linjaan. Lopulta ne uivat lähes täydellisissä riveissä.
Bakteerit aiheuttavat mikroskooppisia turbulenssin kaltaisia virtauksia
Myös bakteerien määrällä oli merkitystä sille, kuinka voimakas magneettikenttä niiden ohjailuun tarvittiin. Kun bakteerien tiheys nesteessä oli suuri, tarvittiin voimakkaampi magneettikenttä. Tämä johtuu siitä, että uivat bakteerit luovat nesteeseen turbulenssin kaltaisia virtauksia. Kun bakteereja on paljon, nämä virtaukset ovat voimakkaita ja niiden hillitsemiseksi tarvitaan myös voimakkaampi magneettikenttä.
“Bakteerien aiheuttamia virtauksia kutsutaan aktiiviseksi turbulenssiksi, koska ne pitävät sisällään turbulenssille tyypillisiä kuvioita kuten erilaisia pyörteitä. On kuitenkin tärkeää ymmärtää, että bakteerien aiheuttama niin sanottu aktiivinen turbulenssi on eri asia kuin esimerkiksi lentomatkustamisesta tuttu turbulenssi”, tarkentaa Timonen.
Monet muutkin liikkuvat organismit synnyttävät samanlaista turbulenssia. Bakteerien lisäksi tällaisia soluja ovat esimerkiksi sperma ja jotkin epiteelisolut. Ilmiö on havaittu myös eräillä biomolekyyleillä. Juurikin sen yleisyyden takia aktiivisen turbulenssin tutkiminen on erityisen kiinnostavaa.
"Aktiivinen turbulenssi on tärkeä tutkimusaihe aktiivisen aineen fysiikassa. Tutkimuksessamme käytetty nesteen ja magneettisten nanopartikkelien seos, johon bakteerit on lisätty, on erinomainen väline sen tutkimiseen. Menetelmäämme voi siis soveltaa myös moniin muihin systeemeihin kuin vain bakteerien järjestymiseen", selittää tutkijatohtori Kazusa Beppu.
Aktiivisella aineella tarkoitetaan materiaaleja, jotka koostuvat useista itsenäisesti toimivista mutta keskenään vuorovaikutuksessa olevista partikkeleista tai muista osasista. Tällaisille materiaaleille voi tulevaisuudessa löytyä sovelluksia muun muassa liikettä tuottavista biologisista moottoreista mikrorobotteihin, joita käytettäisiin lääkkeiden kuljettamiseen kehon sisällä. Näissä mikroskooppisen mittakaavan sovelluksissa oleellista on, että materiaalin osasten kollektiivista käyttäytymistä pystytään säätelemään ulkoapäin.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Jaakko Timonen
Apulaisprofessori, Aalto-yliopisto
jaakko.timonen@aalto.fi
050 3065 343
Kazusa Beppu
Tutkijatohtori, Aalto-yliopisto
kazusa.beppu@aalto.fi
041 4796 686
Tietoa julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Tutkijat loivat ainutlaatuisen ennustemallin kuvaamaan pandemian leviämistä maiden rajojen yli3.7.2024 14:14:47 EEST | Tiedote
Pohjoismainen yhteishanke pureutui koronaviruksen leviämiseen vuonna 2020. Tutkimuksen avulla voidaan jatkossa ennakoida paremmin, milloin ja mitkä matkustusrajoitukset ovat pandemiaolosuhteissa tarkoituksenmukaisia.
Opiskelijaprojekti synnytti innovaation: Kengän sisäpohjat syntyvät muovin sijaan kompostoituvasta puuvaahdosta18.6.2024 14:00:00 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston opiskelijat kehittivät kestävän sisäpohjan prototyypin, joka taipuu, kestää kosteutta ja tuntuu pehmeältä ihoa vasten. Suomalainen kenkäyritys VIBAe lähtee syksyllä testaamaan materiaalia käyttäjillä.
Helsingin uusilla asuinalueilla on vähemmän kasvillisuutta kuin vanhoilla, ja se vaikuttaa hiilensidontaan sekä tulevien kesien lämpötiloihin18.6.2024 07:45:00 EEST | Tiedote
EU:n ennallistamisasetus kiinnittää huomiota kaupunkiekosysteemien viherpeitteen hyötyihin. Viherpeitteen pienenemisellä taas on merkittäviä ympäristövaikutuksia, sillä se johtaa uusilla asuinalueilla vähäisempään hiilensidontaan ja korkeampiin kesälämpötiloihin.
Lepääkö valtionhallinto kellarista löytyvien palvelimien vai Amazonin päällä? Vili Lehdonvirta tarkastelee kehitystä ajan ja pilvien yli14.6.2024 10:28:48 EEST | Tiedote
Professori Vili Lehdonvirran EU-hankkeessa piirretään hyperskaalan datakeskuksia maailmanlaajuiselle kartalle.
Uudenlainen menetelmä soluviljelyyn antaa tietoa syövän biomekaniikasta12.6.2024 12:15:00 EEST | Tiedote
Tutkijoiden kehittämän uuden teknologian avulla voidaan paitsi havainnoida solutason mekaniikkaa soluviljelmissä, myös mallintaa syövän leviämisestä kertovaa syöpäsolujen liikettä kasvaimesta ympäröivään kudokseen.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme