مطالعه تغییرات جریان‌پذیری و خواص سطحی سامانه فعال باکتری اشریشیا کلی/آب/پلی‌وینیل‌پیرولیدن

چبررسی رفتار جریان های حاوی ذرات فعالی همچون باکتری، موضوع جدیدی است که توانایی تعریف در کاربردهای گسترده را دارد. تحرک محلول باکتری، به دلیل نیروی هیدرودینامیک، نیروی برشی در اطراف سلول ایجاد می کند که بر رفتار سیال تاثیر می گذارد. در این تحقیق برای بررسی رفتار باکتری اشریشیا کلی در محیط آب/پلیمر با استفاده از رئومتر برشی، تغییرات گرانروی محلول بررسی شد. در مطالعه حاضر، با انتخاب غلظت (0/01گرم بر میلی لیتر) و وزن مولکولی مناسب از پلی وینیل پیرولیدن (360کیلودالتون)، فعالیت باکتری اشریشیا کلی در آزمون رئومتری و باسرعت های برشی مختلف بررسی شد. همچنین، تاثیر حضور سه گونه باکتریایی اشریشیا کلی، استوباکتر گزیلینوم و استافیلوکوکوس اورئوس در میزان تنش بین سطحی سیال، به کمک آزمون ویلهلمی بررسی شد. فعالیت باکتری سبب کاهش گرانروی محلول نسبت به محلول عاری از باکتری می شود. همچنین داده های گرانروی نسبی محلول در محدوده وسیعی از سرعت های برشی و در رقت های مختلف باکتری، تحلیل شد؛ آن گونه که گرانروی نسبی در حالت رقیق و سرعت های برشی کم (یک برثانیه)، کمتر از یک و در سرعت های برشی بیشتر، افزایش یافته است. در این پژوهش، به منظور تحلیل و ارتباط حرکت جمعی، کسر حجمی باکتری 0/8 شد. همچنین، اگر چه میزان کاهش کشش سطحی در سه محلول باکتریایی مقادیر متفاوتی نشان دادند، اما روند کاهش تنش سطحی در آنها، می تواند شاهدی بر تاثیر فعالیت باکتری بر رفتار جریان پذیری سیال باشد. فعالیت باکتری اشریشیا کلی سبب سهولت جریان پذیری سیال در محدوده سرعت های برشی کم می شود. مشاهده گرانروی کاهش یافته در این ذره فعال می تواند کاربردهای جدیدی را با توجه به کاهش انرژی مورد نیاز برای جریان پذیری آن تعریف نماید.

Study of Viscosity Behavior and Surface Properties of the Active System by Escherichia coli/Water/Polyvinylpyrrolidone

Aims: The study of the behavior of active suspended fluid introduced a new topic for a wide range of applications such as reactors, microfluidic pumps, cultivating surfaces and antibacterial surfaces. The motility of bacterial suspension has generated a shear force (Hydrodynamic interaction) across the cells, which has an effect on the fluid viscosity. In this study, shear rheometer was used to evaluate the viscosity behavior of Escherichia coli (E. coli) in a water/polymer environment as a function of bacteria concentration and shear rate.Materials and Methods: In the experimental study, the activity of E. coli was evaluated by choosing the constant concentration (0.01g/ml) and molecular weight of polyvinylpyrrolidone (360KDa). Also, the surface tensions of E. coli, Acetobacter xylinum, and S. aureus solutions were calculated using Wilhelmy test.Findings: Activity of E. coli suspension results the lower viscosity comparing with the bacteriafree solution. The relative viscosities of the solutions were analyzed in a wide range of shear rates and bacterial concentrations. At a low shear rate up to1S1, the relative viscosity was found to be less than a unit value (Less than water). Also, due to the collective motility break up to smaller parts at high shear rates, the viscosity increased. The critical volume fraction was defined in determined bacterial concentration (0.8v/v) to analyze the collective movement of bacteria. The interfacial tension was reduced by bacteria presence of three different stain types that confirmed the effect of bacteria activity on the flow behavior.Conclusion: The activity of E. coli bacteria makes it easy for fluid to flow at low shear rates. The viscosity reduction of active particle has a potential to demonstrate a variety of novel applications when a reduced energy level is needed.