Uutiset

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.
bakteereja ohjataan magneettikentän avulla
Kun magneettikenttä kytketään päälle, bakteerit järjestyvät aktiivisen turbulenssin tilasta selkeisiin jonoihin. Kuva: Kazusa Beppu / Aalto-yliopisto

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.

  • Päivitetty:
  • Julkaistu:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Hymyilevä suorahiuksinen nainen vihreässä paidassa, sisällä kasvien edessä
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kvanttihypen anatomia

Väitöskirjatutkija Christa Schauman kertoo, miten Suomi ja Eurooppa pärjäävät kisassa, johon kaikki haluavat mukaan – palkinnon epävarmuudesta huolimatta.
TH15-artikkeli-v1.jpg
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Määrälaskennan automatisointi tekoälyllä vaatii muutoksia nykykäytäntöihin

Määrälaskentaa tehdään rakennushankkeissa useita kertoja vaihtelevin tuloksin. Talotekniikka 2030 -hankkeen TH15-tutkimus selvitti, miten määrälaskennan laatua voitaisiin parantaa ja miten laskelmien tuottaminen voitaisiin automatisoida tekoälyn avulla. Tutkimuksen toteutti Tampereen yliopisto.
Talotekniikan-kiertotalous-v1.jpg
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Talotekniikan kiertotalous: halukkuutta riittää, käytännöt puuttuvat

Taloteknisiin järjestelmiin sitoutuu merkittävä osa rakennusten materiaalipäästöistä. Silti alan kiertotalous rajoittuu yhä pääosin materiaalien kierrätykseen, vaikka monet tuotteet soveltuisivat uudelleenkäyttöön. Tampereen yliopiston tutkimus Talotekniikka 2030 -konsortiolle selvitti, miten kiertotalous saataisiin laajennettua alan käytäntöihin.
Kolme tutkijaa tarkastelee johdotettua aivomallia laboratoriossa, taustalla aivokuva näytöllä.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Terveys x teknologia: Magneettistimulaatio aktivoi hermosoluja ja puree masennukseen

Aivojen magneettistimulaatio on auttanut masennuspotilaita jo vuosia, mutta hoitoa saa edelleen vain harva. Tutkijat kehittävät siitä helpompaa, nopeampaa ja yksilöllisempää. Tavoitteena on automatisoida hoitoa ja parantaa sen tehoa.