Núcleo Milenio gradúa a su primer doctor

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    Gabriel Ramos rindió, esta semana, el examen de grado para optar al grado de Doctor en Ciencias mención Física. A través de una videoconferencia desde Francia, Ramos dio a conocer su trabajo de investigación, el que fue aprobado exitosamente.

     

     

     

     

     

    Con la tesis titulada: “Dynamics of confined microswimmers inside a droplet: from microactivity to micromovement”, Gabriel Ramos obtuvo -la semana pasada- el grado de Doctor en Ciencias, mención Física, tras realizar un exitoso examen de grado, a través de videoconferencia desde Francia.
    Bajo la tutela de Rodrigo Soto y María Luisa Cordero, director y directora alterna del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, respectivamente; Gabriel Ramos dio a conocer los resultados de su investigación que consistió en tres experimentos en los que confinó suspensiones bacterianas al interior de microgotas «para ver cómo extraer trabajo útil a partir de estas ”. En otras palabras, entender cómo grupos de miles de bacterias insertadas al interior de gotas de agua, se organizan para moverse colectivamente y con ello, logran mover la gota que las contiene. Lo que en ciencia se llama, motores biológicos, los cuáles se espera tengan gran impacto en la medicina, electrónica y biotecnología.

    Rodrigo Soto, explica el alcance del trabajo de Ramos, que incluyó no sólo resultados científicos importantes, sino el desarrollo de nuevas metodologías y protocolos. «Su trabajo de laboratorio fue clave en el desarrollo del trabajo del Núcleo. Fue el primer estudiante en realizar experimentos con bacterias en el laboratorio, para lo cual desarrolló metodologías y protocolos, cimentando el trabajo de los actuales y futuros estudiantes. Hoy hay cinco personas haciendo diversos experimentos en el laboratorio gracias a su trabajo. Por otro lado, su trabajo de tesis fue extraordinario. Logró medir y caracterizar dos configuraciones en las que las bacterias se organizan para mover objetos mucho más grande que ellas, dando lugar a lo que llamamos un motor de motores», dice Soto.

    María Luisa Cordero, Gabriel Ramos y Rodrigo Soto

    Por su parte, el doctor Ramos agradece la solidez del equipo del Núcleo Milenio y el ambiente de trabajo. «María Luisa y Rodrigo siempre estuvieron atentos y disponibles durante la tesis. Lo que me gustó también es que había espacio para explorar, y podía probar distintas ideas en el laboratorio. Estoy agradecido del Núcleo Milenio, por darme una formación de buen nivel, y estoy contento con la investigación que hicimos», dice Ramos, desde Francia.                                                                                            Sus planes inmediatos son trabajar en investigación en el extranjero. Y ya dio su primer paso para ello: actualmente se encuentra en el Instituto de Mecánica de Fluidos de Toulouse, en Francia, donde obtuvo un puesto postdoctoral por dos años, con la posibilidad de un año renovable, en el marco de un proyecto ERC (European Research Counsil) llamado BEBOP, liderado por Yohan Davit. «Trabajaré sobre la formación de biofilms en redes porosas, estudiando las propiedades de los flujos en la red, a medida que las bacterias colonizan y obstruyen los canales», indica desde Francia.

    Resumen de los tres experimentos

    Primer experimento: Confinaron una suspensión de Escherichia coli dentro de gotas en una emulsión agua-aceite, creando una gota propulsada por bacterias.                                                                                    Mostraron que las gotas realizan un movimiento aleatorio persistente, con tiempo de persistencia τ ∼ 0.3 s, coeficiente de difusión a tiempos largos D ∼ 0.5 μm2/s, y rapidez instantánea promedio V ∼ 1.5 μm/s a
    la máxima concentración bacteriana estudiada.                                                                                           Variaron el radio de la gota y la concentración bacteriana, mostrando que el tiempo de persistencia, coeficiente de difusión y rapidez promedio aumentan con la concentración de bacterias, pero son independientes del radio de la gota. Por último, demostraron que la velocidad promedio de las bacterias en el fondo de la gota, el cual está separado del sustrato de vidrio por una delgada película de lubricación de aceite, es antiparalela a la velocidad instantánea de la gota. Esto sugiere que el mecanismo de desplazamiento es una rotación con deslizamiento de la gota sobre el sustrato, causado por el movimiento colectivo de las bacterias. Nuestros resultados muestran que organismos microscópicos pueden trasferir energía mecánica útil a su entorno, abriendo la posibilidad de generar motores mesoscópicos compuestos de micronadadores.

    Segundo experimento: Mostraron que bajo la aplicación de un campo magnético constante, bacterias magnetotácticas confinadas en una emulsión agua-aceite se autoensamblan en un motor rotatorio ejerciendo un torque sobre la fase oleosa externa. Un movimiento colectivo en la forma de un vórtice de gran escala, reversible al invertir la dirección del campo magnético, se genera al interior de la gota con una vorticidad perpendicular al campo magnético. Estudiaron este movimiento colectivo a diferentes concentraciones de bacterias, campos magnéticos y radios de gota, revelando la formación de dos áreas generadoras de torque cerca de la interfaz. Caracterizaron cuantitativamente la energía mecánica extraíble de este nuevo motor biológico autoensamblado.

    Tercer experimento: Finalmente, estudiaron una suspensión bacteriana de E.coli confinada en una doble emulsión, donde una gota de aceite queda atrapada al interior de una emulsión agua-aceite. Mostraron que la gota interior de aceite realiza un movimiento aleatorio persistente en el plano horizontal con un tiempo de persistencia de τ ∼ 0.3 s. El coeficiente de difusión en el plano horizonal depende inversamente del radio de la gota interna, y lo comparamos con el coeficiente de difusión termal. Con esto calcularon una temperatura activa, obteniendo un valor de 2.7×104K, dos órdenes de magnitud mayor que la temperatura ambiente, consistente con el experimento de gotas propulsadas por bacterias y trabajos previos. Estudiaron también el plano vertical, mostrando que el coeficiente de difusión en este plano es menor que en el horizontal, debido al atrapamiento geométrico.