Nado activo de nanopartículas de oro

Los nadadores artificiales muestran un comportamiento quimiotáctico colectivo como el de un panadero

07.08.2019 - China

Las bacterias pueden moverse activamente hacia una fuente de alimento; este comportamiento se llama quimiotaxis. Además, pueden unirse para formar colectivos y moverse de manera coordinada como un enjambre. Los científicos chinos han imitado el comportamiento quimiotáctico colectivo de los nadadores artificiales. Su modelo hecho de nanobolas de oro modificadas bioquímicamente podría ayudar a comprender mejor la quimiotaxis bacteriana y el comportamiento de los enjambres, escriben en la revista Angewandte Chemie.

Cómo se desarrollan las nubes de langostas y cómo su movimiento activo y colectivo puede ser implementado para la inteligencia artificial es actualmente objeto de una investigación intensiva. Cuando están densamente empaquetadas, las bacterias flotantes experimentan el líquido circundante de forma diferente que cuando viajan solas. Sin embargo, no está claro si la interacción alterada con el entorno influye en la velocidad y en qué medida, ni qué efectos siguen siendo eficaces. El químico coloide Qiang He del Harbin Institute of Technology de China y sus colegas han creado ahora un modelo sencillo para nadadores con bacterias. Los nadadores artificiales no sólo mostraron un comportamiento quimiotáctico, sino que también se unieron para formar un enjambre coordinado.

Él y sus colegas construyeron los nadadores con pequeñas bolas de oro. Sin embargo, las perlas no se pudieron observar con un microscopio: Eran 40 veces más pequeños que las bacterias. Gracias al llamado efecto Tyndall, la dispersión de la luz en soluciones coloidales, los científicos pudieron ver los cambios en la soldadura a simple vista. Otras técnicas de análisis también resolvieron con precisión la velocidad, la alineación y la concentración de los nadadores individuales.

Las nanobolas de oro son muy populares en la investigación científica. Forman soluciones estables y dispersas, son fácilmente visibles bajo un microscopio electrónico y pueden ser fácilmente encadenados a otras moléculas. Él y su equipo equiparon primero la superficie de esferas de dióxido de silicio significativamente más grandes con las nanobolas de oro. Luego unieron cepillos de polímero fino al lado expuesto de las nanobolas de oro. Las esferas de oro perdieron su simetría debido a las cadenas de hidrocarburos, que pueden llegar a tener una longitud de hasta 80 nanómetros: Imagínese un cabello grueso y largo o estos cepillos de polímero que se adhieren a un lado de una esfera.

Los científicos entonces disolvieron la gran esfera de dióxido de silicio y unieron una enzima al lado expuesto de las nanobolas de oro. Como resultado, las nanobolas de oro fueron recubiertas por un lado con los pinceles de polímero largos y gruesos y por el otro lado con la enzima. Esta enzima, llamada glucosa oxidasa, convierte la glucosa en un compuesto llamado ácido glucónico, que debería alimentar a los nadadores con glucosa como combustible: Cuanto más glucosa había, más rápido se hacían los nadadores.

Los investigadores querían saber si los nadadores se moverían activamente en cierta dirección. Para ello colocaron las bolas de oro modificadas al final de un pequeño canal. En el otro extremo, depositaron un gel que liberaba glucosa continuamente. Los nadadores modelo migraron activamente a la fuente de glucosa, observaron los autores. Eso en sí mismo no fue una sorpresa. Los flotadores artificiales, impulsados enzimáticamente, son conocidos por el experimento y la teoría. Sin embargo, los flotadores motorizados por enzimas con cepillos de polímero incluso formaron su propia fase y se movieron de manera coordinada en el colectivo. Esto no puede esperarse en el caso de los sistemas artificiales.

Los nadadores se pueden hacer fácilmente y son fáciles de observar. Según los autores, podrían ser adecuados como modelos para estudiar el comportamiento colectivo quimiotáctico de sistemas vivos y artificiales a nanoescala.

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