La quantité de puissance dont un micronageur a besoin pour se déplacer peut désormais être déterminée moreover facilement. Des scientifiques du département Physique de la matière vivante de l’Institut Max Planck pour la dynamique et l’auto-organisation (MPI-DS) ont développé un théorème général pour calculer l’énergie minimale nécessaire à la propulsion. Ces connaissances permettent une compréhension approfondie des programs pratiques, telles que le transport ciblé de molécules et de substrats.
L’une des propriétés les furthermore importantes d’un véhicule, qu’il s’agisse d’une voiture, d’un avion ou d’un bateau, est sa consommation de carburant pour parcourir une certaine distance à une certaine vitesse. Dans le monde microscopique, il existe de petits objets capables de s’autopropulser dans un environnement fluide. Ces soi-disant micronageurs comprennent des bactéries et d’autres micro-organismes, utilisant des cils ou des flagelles pour se déplacer, mais aussi des objets fabriqués artificiellement. Alors que les microbes biologiques ont évolué pour nager efficacement, il est nécessaire de comprendre les mécanismes à l’origine de l’autopropulsion pour concevoir également des micronageurs artificiels efficaces.
Une nouvelle approche pour décrire le mouvement des micronageurs
Alors que de nombreux modèles traitaient jusqu’à présent les micronageurs comme s’ils étaient tirés ou entraînés par une pressure externe, le nouveau modèle se concentre sur l’énergie nécessaire à l’autopropulsion du micronageur. « De nombreux problèmes d’optimisation qui nécessitaient autrefois l’utilisation d’ordinateurs peuvent désormais être résolus avec un stylo et du papier », décrit Andrej Vilfan, chef de groupe chez MPI-DS. Les résultats peuvent également être utilisés pour déterminer la forme la as well as efficace des micronageurs actifs. « Alors qu’à première vue, les formes résultantes peuvent nous surprendre, un examen moreover attentif montre qu’elles présentent en réalité des similitudes frappantes avec les formes trouvées dans la mother nature », explique Vilfan.
Optimiser la conception des micronageurs artificiels
Le modèle nouvellement proposé élucide la différence de generation d’entropie entre les micronageurs actifs et les particules entraînées de l’extérieur. À l’échelle microscopique, les effets entropiques jouent un rôle critical dans le mouvement des particules. « Nos résultats ont ainsi un influence sur plusieurs domaines de recherche, comme la microfluidique, la biophysique ou la science des matériaux », résume Abdallah Daddi-Moussa-Ider, premier auteur de l’étude. Les micronageurs ont le potentiel de transporter des particules et des molécules telles que des médicaments de manière dirigée vers une zone cible. « Une compréhension approfondie des principes de mouvement des micronageurs ouvre ainsi de nombreuses possibilités d’innovation et d’applications pratiques », conclut Daddi-Moussa-Ider.
