증발은 포자에게 에너지를 제공합니다

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위로. 아래에. 위로. 아래에. ((리프팅 영상 보여주기)) 이것이 바로 증발의 힘입니다. 그리고 포자. 이 포자는 수분과 함께 팽창하고 건조되면 수축하는 휴면 상태의 건조된 박테리아입니다. 각각의 길이는 약 1미크론, 즉 1/25,000인치입니다. 이 작은 엔진을 활용하기 위해 컬럼비아 대학의 과학자들은 포자를 액체 페이스트로 만들어 얇은 플라스틱 테이프에 칠했습니다. 포자가 흡수하고 수분을 잃으면서 증발하면 테이프 부분이 근육처럼 작용합니다. 그들은 무게를 들어올릴 수도 있고 작은 셔터를 열고 닫을 수도 있습니다. 바퀴에 동력을 공급할 수도 있습니다. 포자 근육은 습한 공간에서 팽창할 때 바퀴 축에서 작은 파란색 무게추를 유지합니다. 건조한 공기에서 수축하면 포자 근육이 더 가까워집니다. 무게의 변화로 인해 바퀴가 움직입니다. 이 시스템으로 구동되는 자동차는 장난감이지만 아이디어는 큽니다. 그리고 결국에는 기계도 그럴 수 있습니다.

제임스 고먼

과학은 항상 더 나은 풍차, 새로운 태양 전지판, 주택용 지열 열 펌프 등 천연 에너지원을 활용하는 새로운 방법을 찾고 있습니다.

그러나 컬럼비아 대학의 과학자들은 정말 특이한 것을 생각해냈습니다. 작은 박테리아 포자를 사용하여 대규모로 지구의 기후와 날씨에 매우 중요한 요소인 증발이라는 에너지 전달 과정을 활용하는 방법입니다.

포자는 건조하고 휴면하는 박테리아입니다. 수분을 흡수하면 팽창하고, 수분을 잃으면 수축합니다. 연구자들은 증발을 제어할 수 있다면 작은 근육처럼 사용될 수 있는 포자의 팽창과 수축도 제어할 수 있다는 것을 알았습니다.

문제는 그 크기가 매우 작다는 것입니다. 각 포자의 길이는 약 1 마이크론입니다. 25,000개를 끝에서 끝까지 늘어놓으면 약 1인치 정도 늘어납니다. 과학자들이 한 일은 불가능할 정도로 작은 것과 단지 작은 것 사이의 격차를 해소하고 장난감 자동차와 같은 전력 장치를 연결하여 그들의 방법이 효과가 있음을 입증하는 방법을 고안한 것입니다.

Nature Communications의 새로운 연구 보고서의 수석 저자인 생물학자 Ozgur Sahin은 이것이 다른 사람들이 다음 도약을 하도록 촉진하는 방법일 뿐이라고 말했습니다. 그는 Xi Chen과 그의 연구실의 다른 사람들이 개발한 프로세스가 훨씬 더 큰 규모로 작동할 수 있다고 말했습니다. 풍차만한 크기이지만 증발에 의해 작동되는 것을 상상해 보십시오. 수분공장이라고 불러주세요.

이번 연구와 관련이 없는 스탠포드 대학의 생물물리학자 마누 프라카쉬(Manu Prakash)는 "1 마이크론의 박테리아를 내가 디자인할 수 있는 일상적인 물질로 바꾸는 아이디어가 정말 아름답습니다. "

이 연구는 Ozgur 박사의 연구실이 다른 이유로 박테리아 포자의 특성을 조사하던 초기 프로젝트에서 발전했습니다. 팀은 팽창과 수축에 관련된 에너지를 계산했고, 그 에너지를 활용하려고 노력해야 한다고 생각했습니다.

"그런데 어떻게 사용하나요?" 그는 당시 궁금해했던 것을 회상했습니다. 포자 하나는 아무 가치가 없었고, 실제적인 형태로 수백만 개가 필요했습니다. 팀이 한 일은 포자를 희석된 접착제와 혼합하여 일종의 페이스트를 만드는 것이었고, 이를 페이스트가 건조되는 얇은 플라스틱 테이프에 적용했습니다.

테이프의 여러 부분은 습도 변화에 따라 팽창 및 수축하는 인공 근육 역할을 했습니다. 다양한 설정에서 테이프를 사용하여 Sahin 박사의 팀은 무게를 들어 올리고 셔터를 열고 닫고 심지어 장난감 자동차에 동력을 공급하는 작은 장치를 만들었습니다.

연구실에서는 어디에나 존재하고 무해한 일반적인 토양 박테리아 포자를 사용했습니다. 이론적으로는 활동적인 삶으로 돌아갈 수 있지만 Sahin 박사는 "촉발 요인, 특정 화학 물질 또는 영양소가 있을 때 포자가 깨어납니다. 실험에서는 이들 중 어느 것도 존재하지 않습니다"라고 말했습니다. 물 자체는 유발 요인이 아닙니다.

Sahin 박사가 바라는 대로 기업가와 엔지니어가 실제 적용을 추구하는 과정에 충분히 흥미를 느낀다면 박테리아를 유전적으로 조작하여 깨어날 가능성을 훨씬 줄일 수 있습니다.