轻型工程细菌形状可以成为未来芯片实验室的关键

根据eLife杂志的一项新研究，科学家们使用光照模式来控制细菌的游泳速度，并指导它们形成不同的形状。

以这种方式控制细菌意味着可以将它们用作微砖来构建下一代微观装置。例如，它们可以被制成围绕较大的物体，例如机器部件或药物载体，然后用作活螺旋桨以在需要的地方运输它。

已知大肠杆菌(E.coli)细菌是非常棒的游泳者。它们可以在一秒钟内移动其长度的十倍。它们有由电动机驱动的螺旋桨，它们通常通过需要氧气的过程为该电动机充电。最近，科学家在海洋居住的细菌中发现了一种蛋白质(proteorhodopsin)，可以让它们用光来驱动它们的螺旋桨。通过设计其他类型的细菌来获得这种蛋白质，可以在每个细菌细胞上放置一个“太阳能电池板”，并通过光线远程控制其游泳速度。

“就像行人在遇到人群时减慢步行速度，或者交通堵塞的车辆一样，游泳细菌会在较慢的地区花费更多的时间而不是速度快的地方，”主要作者，罗马大学博士后科学家Giacomo Frangipane解释道。 ， 意大利。“我们想利用这种现象，看看我们是否可以用光来塑造细菌的浓度。”

为此，Frangipane和他的团队通过显微镜透镜从投影仪发出光线，以高分辨率塑造光线，并探索大肠杆菌如何在不同光照度的区域游泳时改变其速度。

他们将光均匀地投射到一层细菌细胞上五分钟，然后将它们暴露在一个更复杂的光图案中 - 一个蒙娜丽莎的负面图像。他们发现细菌开始集中在图像的暗区，同时从更多照明区域移出。四分钟后，可以看到莱昂纳多达芬奇的绘画中可识别的细菌复制品，其中较亮的区域对应于积聚的细菌细胞区域。

尽管由细菌形成的形状是可识别的，但研究小组发现，工程化的大肠杆菌对光的变化响应缓慢，这导致目标形状的模糊形成。为了解决这个问题，他们使用反馈控制回路，每隔20秒将细菌形状与目标图像进行比较，并相应地更新光图案。这产生了最佳的光图案，其以更高的精度塑造了细胞浓度。结果是“光动力”细菌细胞层，可以变成复杂的黑白目标图像的几乎完美的复制品。

“我们已经展示了游泳细菌的悬浮如何能够产生一种新型的可控光活性材料，其密度可以使用低功率光投影仪精确，可逆，快速地成形，”Roberto Di Leonardo说道，他是副教授。罗马大学物理系。“通过进一步的工程设计，这些细菌可用于制造固体生物力学结构或用于在小型化实验室内运输小型生物货物的新型微型装置。”