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生物物理学

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细菌操纵气泡以最大化空中散发

27 Nov 2018
泡沫
辛劳和麻烦:细菌释放生物活性剂,产生较薄的泡泡帽。 (礼貌:iStock / Trigga)

细菌可以改变污染水表面上的气泡的行为 - 这可能最大化微生物的空气传播。那是结论 Lydia Bourouiba. 在美国马萨诸塞州理工学院的同事,他发现细菌通过分泌细化物,这些化学物质影响了物理过程,其中气泡顶部随着时间的推移而变薄。当液滴爆发时,这导致更多的液滴在空气中越远。

爆发泡沫可以涂抹细菌污染,但是据了解细菌如何影响过程。物理学家确实知道大泡沫的弯曲顶部的厚度 - 称为薄膜帽 - 影响液滴的方式。还众所周知,在气泡爆裂之前,盖子粘附在一些液体中排出气泡膜。

当Bourouiba的团队注意到,当Bourouiba的团队注意到停滞水中的泡罩与清水中的帽子不同,这项最新的研究开始。在水中鉴定了细菌污染物,这激励了该团队对细菌不同菌株影响泡沫进化的控制研究。

捕获泡沫行为

该团队用去离子水稀释培养的细菌并将液体放入垂直管中。通过空气泵在管的底部释放恒定尺寸的单个气泡。高速成像用于捕获表面的气泡行为。

Bourouiba表示,该团队发现,“细菌使气泡能够长得多比相对清洁的气泡更加干净,这些气泡不是生物学污染的”。这很重要,因为具有较薄盖的较旧的气泡产生更多数量的薄膜液滴,尺寸更小,速度得多,更远。

当气泡首先出现在表面上方时,液体从气泡帽排出,从而降低其厚度。该团队发现液体以与短寿命(1-10秒)清洁气泡的方式从细菌污染的泡罩中排出液体。但是在大约30秒后,含细菌的泡沫帽急剧变薄,使Bourouiba怀疑他们进入了不同的稀疏政权

细菌密度

使用干涉测量和Schlieren成像,团队证实了泡泡帽中细菌的存在。他们还发现微生物似乎没有容易地排出到散装中作为变老化的气泡。

该团队研究了效果是由细菌的存在引起的,还是通过微生物分泌的化学物质引起的。该团队从液体过滤细菌并重复实验。它们获得了可比的结果,得出结论,细菌分泌物对效果负责。

然后,该团队对理解细菌分泌物是如何引起老化泡沫发生的特殊帽的薄膜。它们看着表面活性剂是否,较低表面张力的洗涤剂中常见的化合物导致类似的泡沫动力学。他们发现含有表面活性剂的气泡都具有相同的延伸寿命,并且在一定时间后经历了类似的剧烈变化—因此,该组得出结论,细菌分泌物含有生物件活性剂。

蒸发效果

然后,Bouriouiba和同事开始了解为什么发生第二种变薄制度。在以前关于清水的研究中,该团队已经计算了蒸发对盖帽变薄的影响。然而,因为清洁气泡相对较短,所以可以忽略损失蒸发量的少量液体。但在较长的污染泡沫泡沫中,蒸发是稀疏的主要候选者。

“我们消除了合理的所有其他化学,生物和物理假设......最后合理的假设是蒸发,”Bourouiba解释道。通过研究与水蒸气饱和的空气中的气泡来证实这一点,其中未观察到第二稀化状态。

该团队的模型进一步验证了实验证据,即蒸发导致在细菌受污染的水和表面活性剂中观察到的气泡帽厚度的显着下降。

该研究的一个令人费解的方面是,球队使用的某些类型的细菌在其寿命周期中没有生物膜形成或水性阶段,但这些微生物仍然导致泡沫稀疏效果。这可能意味着细菌的常见废物可能会导致效果。

“这项工作就了解有机体散列方面具有重要意义,”Bourouiba说,他们是如何兴奋的,他们是如何受到基于物理的方法的发光复杂生物学。 “我们的下一步将集中在各个方面,包括分散的物理,也是这些过程的进化方面和生态应用。”

研究描述了 物理评论信.

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