游泳的大肠杆菌通过水道的水动力模型。图片来源：自然物理（2026年）
奥地利科学技术研究院（ISTA）实验室利用大肠杆菌“活浴”实现微型磁盘自旋，开启生物驱动金属加工新纪元
在奥地利科学技术研究院（ISTA）的一项突破性研究中，Jérémie Palacci 教授的团队将传统金属加工技术与微生物动力学相结合，首次利用细菌“活浴”在微米尺度上驱动微型磁盘自旋。该成果2026年发表于《Nature Physics》最新期刊，为未来可持续制造和医学治疗提供了全新思路。
“活浴”——细菌驱动的“高温”聚合体实验原理：将大肠杆菌（E. coli）悬浮在水中，细菌的长鞭毛（flagella）在运动时产生持续的流体扰动，形成所谓的“活浴”。研究人员发现，在这种动态环境中，黏附性胶体球（sticky colloids）能够自发聚集成凝胶状聚集体，并在细菌鞭毛的顺时针旋转作用下自行旋转。
热效应：活浴的运动能将局部温度提升至约 2000 °C，类似铁匠在锻造金属时所需的高温。这一效应使得细菌驱动的聚集体具备类似“火焰”般的熔化与固化特性，甚至能实现微型微盘的旋转。
从黏性球到对称微盘的惊人转变先前工作（2023）：Palacci 与团队首次证明细菌驱动的活浴能够驱动黏性球聚集体旋转，但其背后机制尚不明朗。研究者怀疑不对称形状是驱动因素，却因聚集体形状随时变化导致实验数据噪声过大，难以验证。
本研究突破：团队使用 3D 纳米打印技术制造了光滑、对称的微型磁盘（类似冰球）。在细菌活浴中，这些“冰球”竟然以顺时针方向自旋，彻底否定了“对称形状不旋转”的假设。
形状细节：进一步的实验表明，具有四个向中心延伸的腔室的磁盘旋转速度更快。即使是单腔且无闭合端的磁盘，只需一只细菌游过即可产生旋转，表明机械接触并非关键。
水动力相互作用：细菌的“无接触发动机”机制揭秘：Palacci 解释道，细菌体与鞭毛的相对旋转（主体顺时针，鞭毛逆时针）在水中产生扭矩，形成前后流体漩涡，进而在微型磁盘上产生牵引力。虽然主体和鞭毛的旋转相互抵消，但由于作用点分散在微型腔体不同位置，整体产生了净扭矩，驱动磁盘旋转。
类比实验：想象尝试打开罐子盖时，中心不动却能转动盖子；正是这种非对称扭矩导致磁盘自旋。Mathematical 模型与实验数据高度吻合，验证了水动力驱动的真实性。
潜在应用与社会影响可持续金属加工
细菌驱动的“高温”聚合体可在无传统能源条件下实现金属熔化与成形，预示着未来微型金属制造的低能耗、环保化方向。
医学治疗
细菌在细胞或组织间的“狭窄通道”中同样能产生类似扭矩。该效应或可用于微型机械在体内定位、药物释放或微创手术。
生态与土壤科学
在自然界的生物膜（biofilm）或土壤微孔中，细菌集体运动可能影响微粒分布、营养循环与环境稳态，为生态模型提供新变量。
“尽管这一现象已被忽视，但我们相信它对医学治疗和可持续发展具有重要意义。” Palacci 教授总结道。
实验与合作实验基地：ISTA “Materiali Molli”实验室
合作伙伴：加州大学圣地亚哥分校（UC SD）物理系（Tanumoy Dhar、David Saintillan 等）
此次研究的跨学科合作，展示了微生物学、流体力学与材料科学的深度融合，为下一代绿色制造与生物医学技术打开了新的研究通道。
勇编撰自论文"The hydrodynamic torque dipole from rotary bacterial flagella powers symmetric discs".Nature Physics.2025相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
