Micromotori a propulsione batterica

scienzain primopianoFig. 1 Meccanismo di incastro e spinta di un singolo batterio sulla ruota.A causa dell’asimmetria del bordo della ruota, i batteri che provengonocon un angolo nella regione verde, rimangono incastrati sullo spigolo econtribuiscono a far ruotare il dispositivo. Quelli che provengono dallaregione arancione scivolano via dalla ruota lungo il bordo.Fig. 2 In alto a sinistra un’immagine al microscopio ottico di una microruotadi 48 mm in soluzione acquosa. A fianco e di sotto le stesse ruoteancorate al substrato sacrificale viste al microscopio elettronico. In basso,da sinistra a destra, immagini al microscopio ottico ed elettronico diruote cave di 80 mm.autoprolusiva lungo la sua direzioneassiale ed è soggetto al fenomeno del“tumbling” che ne modifica, a frequenzafissata, la direzione di moto in manieracasuale. La dinamica è caratterizzatadall’assenza dei termini inerziali percui le equazioni del moto esprimonouna relazione lineare tra le velocitàdei corpi sospesi nel fluido (batteri emicro-oggetti) e le forze in gioco. Persimulare l’interazione tra i batteri el’oggetto esterno è stato messo a puntoun codice basato sulla repulsione conpotenziale continuo a corto raggio trail singolo batterio ed i lati dell’oggetto.Ci si è concentrati prevalentemente suoggetti esterni costituiti da rotellinecon denti di forma asimmetrica,ancorati al centro e liberi di ruotareintorno al proprio asse. Facendo partirela simulazione abbiamo osservatol’innesco di un moto spontaneo dellemicro-rotelle,sostenuto dalla spintadei batteri sul bordo sagomato deglioggetti. Gli oggetti ruotano infatticon una velocità angolare fluttuanteintorno ad un valor medio non nullodi una decina di gradi al secondo.Da un punto di vista microscopicol’effetto osservato di rotazioneunidirezionale si può comprendereanalizzando le collisioni dei battericon il bordo dell’oggetto. A causa dellaforma asimmetrica di quest’ultimo,i batteri, a seconda dell’angolo diincidenza, tenderanno ad allontanarsivelocemente da esso oppure a rimanereincastrati tra i denti ed esercitare quindiuna forza persistente sulla rotella(vedi fig. 1). Sono proprio tali forzenette unidirezionali che sospingonol’oggetto in moto rotatorio, il cui versoè legato alla particolare simmetria deibordi (simmetrie opposte generanomoti rotatori in direzioni opposte).Il fenomeno è risultato essereindipendente dai dettagli del problema(aspect ratio dei batteri, concentrazionedella soluzione, particolare forma deidenti asimmetrici, dimensioni dellaruota), con solo possibili differenze48 < il nuovo saggiatore