MODUL DE DETERMINARE AL CARACTERISTICILOR MAGNETICE I AL

MODUL DE DETERMINARE AL CARACTERISTICILOR MAGNETICE ŞI AL MOMENTULUI MAGNETIC LA NANOBACTERIILE MAGNETICE. STUDIUL DE CAZ LA MAGNETOSPIRILLUM GRYPHISWALDENSE. Autori ; Mircea IGNAT*, Ioan ARDELEAN**, Jana PINTEA*, Cristina MOISESCU**, Petre Catalin LOGOFATU***, Ludmila SERGHEI***. * INCDIE CA, ** I. de Biologie al Academiei, Centrul de Microbiologie, *** INFLPR.

BACTERIA MAGNETICA SI MAGNETOSOMI. STRUCTURA GENERALA

MICROACTUATII IN CAMP MAGNETIC

IMAGINE CU MICROSCOP ELECTRONIC

IMAGINE CU MICROSCOP ELECTRONIC

Imagini de microscopie electronică la Magnetospirillum gryphiswaldense– coloraţie negativă (original Drd. Cristina Moisescu, Dr. Mihaela Lăzăroaie)

Structura funcţională a VSM pentru determinarea ciclului de histerezis pentru Magnetospirillum gryphiswaldense Vibrating Sample Magnetometer (VSM Lake Shore Cryotronics, Inc) Direcţia de vibrare a nacelei Piesă polară Bobină Micronacela în care se introduce preparatul biologic Ax de manevrare a micronacelei

Cicluri de histerezis representative pentru culturi de Magnetospirillum gryphiswaldense (bacterii vii) în mediu biologic. a) ciclul la aproximativ 12 ore de la prepararea culturii b)ciclul după 24 de ore .

Modelarea unui magnetozom ca un dipol magnetic. N S Cristalul de magnetită poate fi modelat ca un elipsoid magnetic, cu sarcina magnetică fictivă magnetizarea domeniului care este constantă si are două componente. permeabilitatea domeniului, Potenţialul magnetic al elipsoidului este: , Unde ; ( Potenţialul magnetic in interiorul cristalului magnetozom) . Ecuaţia Poisson pentru este soluţie a ecuaţiei Laplace potenţialului magnetic la exteriorul elipsoidului, unde

Caracteristicile micromecanice ale nanobioactuatorului magnetozom Micro sau nanocuplul mecanic unde -momentul micromagnetic. Micro sau nanoforţa intr-un câmp staţionar şi neomogen este ; În câmp uniform ; Microcuplul rezultant; , .

z y cuva x raza incidenta bobina raza emergenta lumina imprastiata Bobina Helmholtz si cuva cu suspensie de bacterii.

Dispozitiv experimental pentru masurarea momentului magnetic mediu al bacteriilor magnetotactice. Vedere de sus. Bobina Helmholtz e omisa Aparat de masura Detector Lentila out Laser He-Ne cuva

p s particula Geometria imprastierii luminii pe o particula

INDUCTIA MAGNETICA FUNCTIE DE CURENT IN BOBINELE HELMHOLTZ B(gauss) I(A)

ei CALCULUL MOMENTULUI UTILIZAND METODA OPTICA Cand inductia magnetica este neglijabila, bacteriile sunt orientate arbitrar, mediul solutiei de bacterii este izotrop. Cand un camp magnetic este aplicat, mediul devine anisotrop, iar bacteriile sunt distribuite dupa legea de probabilitate unde B este unghiul dintre directia inductiei magnetice si directia axei bacteriei(model cilindric), sau a dimensiunii lungi a bacteriei, care este si directia momentului magnetic. Din masurari experimentale cu AFM a rezultat ca bacteriile au in medie o lungime de 7 m si o raza de 1 m. Intensitatea lumini imprastiate este : unde T este temperatura absoluta la care loc experimentul iar k. B este constanta Boltzmann.

Caracteristica S functie de parametrul Simulare teoretica pentru L=7 m si R=1 m. S Considerand ca ne aflam in zona saturatiei pentru o valoare a intensitatii luminoase egala cu 70% din diferenta dintre valoarea de saturatie si valoarea minima a intensitatii corespunzatoare lui =0, rezulta ca experimental ar trebui sa observam fenomenul de saturatie pentru o solutie de bacterii cu dimensiunile specificate incepand de la =375.

Probe experimentale. Intensitatea functie de inductie. S in unitati arbitrare. S B(Gauss)

INTERES BIOLOGIC relaţiile structurǎ-funcţie, tipuri de taxii( magnetotaxia) metabolismul, semnificaţia paleontologicǎ si exobiologicǎ, proteomica, BIOTEHNOLOGII MAGNETOTACTIC BACTERIA SISTEME DE ORIENTARE NECONVENTIONALA BIONICA COMPONENTE NANOELECTROMECANICE

ALGORITM MODELARE MICROBIOACTUATOR Studiu biologic Model biocinematic Model microbiodinamic Model micromagnetic Model Micro , nanoactuatie electromecanica

STRUCTURI MICROACTUATIE REZULTATE • MICROSISTEM MORAY l xs

• • • • • • • • • • • • [1] P. H. Aragao. , M. Simoes. ”Chaotic motion of magnetotacticbacteria“, Chaos, Solitons and Fractals, 11, (2000), pp. 923 -928. [2]. M. M. Aziz. , B. K. Middleton, L. Smiless”Autocorrelation analysis of the particle magnetization in erased particulate media”IEEE Trans. Magn. , vol. 38, no 3, 2002, pp. 279 -287. [3] M. M. Aziz. , B. K. Middleton, L. Smiless “Particle Distributions and Noise in Metal Particle Tapes” IEEE Trans. Magn. vol. 38, no. 5, 2002, pp. 1901 -1903. [4] A. S, Bahaj , I. W, Croudace, PAB. , James F. D. , Moeschler , P. E. Warick Continues radionuclide recovery from wastewater using magnetotactic bacteria L. Magentic Mat 241 -244, 1988 [5] D. A, Bazylinski , DR, Schlessinger, BH Howes BH, RB. Frenkel, SS, Epstein Occurrence and distribution of diverse populations of protists in a chemically stratified coastal salt pond. Chemical Geology, 169, 319 -328 , 2000 [6] G, Balkwill, , D. Maratea, and R. Blakemore. . Ultrastructure of a magnetotactic spirillum. J. Bacteriol. 141: 1399– 1408. , 1980 [7] R. , Blakemore, Magnetotactic bacteria. Science 190, 377– 379, 1975 [8] R, Blakemore Magnetotactic bacteria Annu Rev Microbiol. 36, , 217 -38, 1982 [9] J. W. M, Bulte, RA, Brooks , Magnetic nanoparticles as contrast agents for imaging. In: Haefeli U, Schuett W, Teller J, Zborowski M (eds) Scientifc and clinical applications of magnetic carriers. Plenum, New York, London, pp 527543, 1997 [10] RB, Frankel, , D. A. Bazylinski, M. S. Johnson, and B. L. Taylor. Magnetoaerotaxis in marine coccoid bacteria. Biophys. J. 73, 994– 1000, 1997 [11]YA, Gorby, TJ, Beveridge, RP, Blakemore, Characterization of the bacterial magnetosome membrane. J Bacteriol 170: 834– 841, 1988 [12] ]. I. A. Gravagne. , I. D. Walker, ”Manipulability, Force and Compliance Analysis for Planar Continuum Manipulators” IEEE Trans. on Robot. and Autom. vol. 1, no. 3, June 2002 pp. 263 -273. [13] K, Gruunberg, K E. -C. Muller, A. Otto, R. Reszka, D, Linder, M, l Kube, R, Reinhardt, D Schűler Biochemical and Proteomic Analysis of the Magnetosome Membrane in Magnetospirillum gryphiswaldense. . Applied and Environ Microbiol. 70, 1040– 1050, 2004. [14] WF, Guerin, RP, Blakemore Redox cycling of iron supports growth and magnetite synthesis by Aquaspirillum magnetotacticum. Appl Environ Microbiol 58: 1102 -1109, 1992. [15] G, Harasko, H, Pfuetzner, K. Futschik Domain analysis by means of magnetotactic bacteria. IEEE Trans Magnet 31: 938 -949, 1995 [16] (http: //www. jgi. doe. gov/tempweb/JGI_microbial/html/ index. html) [17] U, Heyen, , D. SchŰler, Growth and magnetosome formation by microaerophilic Magnetospirillum strains in an oxygen-controlled fermentor. Appl. Microbiol. Biotechnol. 61: 536– 544, 2003 [18] M. B. Khamsee. , N. Kato, Y. Nomura”Design and Control of a Microrobotic System , Using Magnetic Levitation”, IEEE Trans. on Mechatronics, vol. 7, no. 1, mar. pp. 1 -14. [19] M. L. Kiselev, , C. I. Makarenko , ”Vector Analysis”Mir Publishers Moscow, 1981. [20] S, Mann, NH, Sparks, RG, Board Magnetotactic bacteria: microbiology, paleomagnetism and biotechnology. Adv. Microb. Physiol. 31, . 125 -181, 19