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Biological Microswimmers for Cargo Delivery Systems: Modelling, Simulations and Experiments

Description du projet

Maîtriser les mouvements de minuscules nageurs pour des livraisons de précision

Les micro-nageurs biologiques, notamment les bactéries, les protozoaires et les microalgues, présentent des mécanismes d’autopropulsion remarquables qui induisent des interactions hydrodynamiques entre eux. Ces interactions peuvent influencer des processus naturels importants tels que les cycles du carbone et de l’oxygène, ainsi que la prolifération du phytoplancton. Malgré leur potentiel, le contrôle de ces micro-nageurs pour des applications pratiques, telles que la délivrance ciblée de marchandises, reste un défi. Les limites actuelles proviennent de leur comportement dans des environnements complexes où ils interagissent avec divers agents et champs externes, ce qui complique leur prévisibilité. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet BIOMICAR vise à développer une approche informatique pour simuler le comportement des micro-nageurs dans des environnements confinés et complexes. En intégrant le retour d’expérience et les simulations, BIOMICAR cherche à améliorer notre compréhension et notre manipulation des micro-nageurs, afin d’améliorer les systèmes de délivrance des marchandises dans des conditions difficiles.

Objectif

Bacteria, protozoa and microalgae have evolved mechanisms to self-propel. The interactions between different types of Biological Microswimmers (BM) are relevant in natural processes such as the regulation of carbon and oxygen biogeochemical cycles and the toxin releasing by phytoplankton blooms under certain environmental conditions, but also in development of technological applications due to the emergence of a collective behaviour and a spatio-temporal synchronization. BM have been used as transporters, showing promising results at carrying and releasing a cargo in a specified target. However, there is still a lack of sharp control of the collective movement of BM towards a target, which implies a poor delivery of the cargo at the desired place. This flaw comes from the fact that, in real scenarios, BM swim through complex porous media where interact with passive and active agents, and are subjected to external fields, such as light, concentration of chemicals and global background flow, that highly affect their motion and hinders its predictability. Up to date, the concomitant effects of confinement, external fields and interactions with other BM or active agents, have not been taken into account in current simulations or experiments. The proposed action, therefore, aims to develop a new computational approach that enables simulation of suspensions of interacting BM in complex confined environments, at the same time subjected to external fields, providing a platform to gain fundamental knowledge on the control of the collective behaviour of mixtures of BM under conditions compatible with the conceptual design of efficient cargo delivery systems. The simulation platform will be feedbacked and tested with experiments, in which suspensions containing phototactic (C. reinhardtii) and chemotactic (E. coli) BM will be studied with microfluidics.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2022-PF-01

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Coordinateur

UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
Contribution nette de l'UE
€ 181 152,96
Adresse
AVENIDA DE SENECA 2
28040 Madrid
Espagne
Région
Comunidad de Madrid Comunidad de Madrid Madrid
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée

Partenaires (1)