बैक्टीरिया एक टॉर्क पैदा करते हैं जो सूक्ष्म मशीनों को चला सकता है

इशरीकिया कोली बैक्टीरिया सूक्ष्म जीव विज्ञान प्रयोगशालाओं के मुख्य कारक हैं। ये बैक्टीरिया अपने फ्लैगेल्ला को घुमाकर तरल पदार्थों के माध्यम से आगे बढ़ते हैं – कोशिका की दीवारों में आणविक मोटर द्वारा संचालित पूंछों का एक समूह। क्योंकि फ्लैगेल्ला एक दिशा में घूमता है, शरीर आगे बढ़ने पर इसे गिरने से बचाने के लिए दूसरी दिशा में घूमता है।

दशकों तक, भौतिकविदों ने बल द्विध्रुव नामक मॉडल का उपयोग करके इस गति का वर्णन किया। इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑस्ट्रिया और यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया सैन डिएगो के शोधकर्ताओं ने अब पाया है कि यह मॉडल अधूरा है क्योंकि यह स्पिन के प्रभावों को नजरअंदाज करता है। टीम ने दिखाया है कि बैक्टीरिया द्वारा उत्पन्न घूर्णी बल आस-पास की वस्तुओं को भी प्रभावित करते हैं। उनके निष्कर्ष, में प्रकाशित हुए प्रकृति भौतिकीजीवित जीवों द्वारा संचालित सूक्ष्म उपकरणों के डिजाइन की जानकारी दे सकता है।

प्रयोगों से पता चला कि एक टैंक भरा हुआ है ई कोलाई एक इंजन की तरह काम कर सकता है. जब वैज्ञानिकों ने तरल पदार्थ में दो छोटे गियर रखे, तो घूमने की गति शुरू हो गई ई कोलाईका फ्लैगेल्ला उन्हें घुमा सकता है। लेकिन ऐसा तभी हुआ जब गियर का आकार आरी के ब्लेड जैसा हो। ऐसा इसलिए था क्योंकि कोण वाले दांतों पर दबाव डालने वाले बैक्टीरिया एक दिशा में घूमने को प्रेरित करते थे। एक पूरी तरह से सममित डिस्क, जिसमें पकड़ने के लिए कोई दांत नहीं है, बस बेतरतीब ढंग से डगमगाती रहेगी।

या होगा?

टीम ने पहले के काम में देखा था कि पूरी तरह से सममित वस्तुएं कभी-कभी जीवाणु स्नान में धीरे-धीरे लेकिन लगातार घूम रही थीं। तो वैज्ञानिकों ने 3डी-मुद्रित सममित डिस्क, जिसे वे ‘पक्स’ कहते हैं, और उन्हें तरल पदार्थ से भरे हुए में रखा ई कोलाई. कुछ पक चपटे वृत्त थे जबकि अन्य में संकीर्ण आंतरिक चैनल थे जो एक जीवाणु के गुजरने के लिए पर्याप्त चौड़े थे। समय के साथ, उन्होंने पाया कि चैनल वाले पक दक्षिणावर्त घूमने लगे।जब जीवाणु बाहर निकला, तो पक थोड़ी देर के लिए वामावर्त दिशा में घूम गया।

इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि जीवाणु किस छोर से प्रवेश कर रहा था, इसका मतलब है कि जीवाणु सिर्फ दीवारों पर दबाव नहीं डाल रहा था। इसके बजाय, जैसे ही जीवाणु का शरीर घूमता है, वह आसपास के तरल पदार्थ को अपने साथ खींच लेता है, जिससे चैनल की दीवार पर एक घुमाव पैदा हो जाता है। इसके फ्लैगेल्ला ने, ठीक पीछे विपरीत दिशा में घूमते हुए, एक विरोधी शक्ति पैदा की। लेकिन क्योंकि शरीर और फ्लैगेल्ला लगभग जीवाणु की लंबाई से ऑफसेट थे, दोनों बलों ने एक-दूसरे को रद्द नहीं किया, बल्कि डिस्क पर एक शुद्ध टॉर्क उत्पन्न किया।

मिट्टी या जैविक ऊतकों के माध्यम से निचोड़ने वाले बैक्टीरिया अक्सर ऐसे वातावरण में होते हैं जहां यह घूर्णी प्रभाव महत्वपूर्ण होगा।