3-Febbraio-2009

Trovare un modo per mettere al lavoro i batteri, come fossero animali da soma microscopici per sfruttare l'energia del loro movimento. E farlo nel modo più semplice possibile, in modo da renderne fattibile l'uso in apparati ad alta miniaturizzazione. È questa la direzione indicata dal risultato del lavoro dei ricercatori di INFM-CNR, che simulando sistemi di batteri in soluzione hanno individuato un modo per creare "motori batterici" dal funzionamento prevedibile, costante, ed in grado di avviarsi senza intervento umano. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulle "Physical
Review Letters" (advanced online publication on Vol.102, No.4, 30 january 2009).

Curiosità scientifica fino a pochissimo tempo fa, i motori batterici sono diventati un campo di intensa ricerca da quando nel 2006 se ne è dimostrata la fattibilità in Giappone. Si spera di poterne sfruttare le potenzialità in un futuro prossimo, per alimentare tutta una serie di apparecchi microscopici, come impianti micromedicali o nanodispositivi ancora tutti da inventare, per i quali i motori batterici potrebbero fornire una fonte di energia economica e di dimensioni ridottissime.

Un motore batterico è composto, oltre che di microrganismi, di due altri ingredienti: la soluzione in cui sono immersi, e particolari microingranaggi che i batteri possono mettere in movimento. È proprio da questi ingranaggi (come dall'albero di un motore automobilistico) che si progetta di estrarre energia. E le difficoltà per farlo nel modo più semplice possibile sono state superate da Luca Angelani, del laboratorio SMC di INFM-CNR, e Roberto di Leonardo e Giancarlo Ruocco, del laboratorio SOFT di INFM-CNR. Se nel 2006 si sono utilizzati batteri geneticamente modificati e microingranaggi con leganti biochimici, con costi altissimi e rese bassissime, oggi grazie al loro lavoro si inverte il risultato: costi azzerati, e rendimento moltiplicato.

La soluzione consiste nell'utilizzo di microingranaggi di una particolare forma asimmetrica, con denti di lunghezze differenti e orientati nella medesima direzione, simili a stelle lievemente sbilenche. È sufficiente immergere questi ingranaggi in una soluzione di batteri, perché questi ultimi col loro movimento spontaneamente li facciano girare a velocità costante (nella simulazione, batteri di escherichia coli imprimevano ai microingranaggi una velocità costante di due giri al minuto). La somma di batteri e ingranaggi asimmetrici è l'unica vincente: particelle inanimate soggette al moto casuale non causano il movimento, e lo stesso accade per batteri al “lavoro” su ingranaggi simmetrici.

I ricercatori hanno identificato il modo più semplice per “costringere” i batteri a compiere lavoro utile da cui estrarre energia. Alcune applicazioni resteranno certo fantasia (i calcoli, ad esempio, suggeriscono che con i batteri presenti in un metro cubo di soluzione si può generare potenza sufficiente per accendere una normale lampadina), ma moltissime altre possono venire immaginate: che siano apparecchiature mediche, di misurazione, controllo o altro, la strada è aperta perché i batteri possano alimentare i microdispositivi del futuro.