Acoustic confinement of Escherichia coli : the impact on biofilm formation

Confinement acoustique de Escherichia coli : l’impact dans la formation de biofilms

Salomé Gutierrez Ramos (1)

1 PMMH - Physique et mécanique des milieux hétérogenes (UMR 7636)

Brownian or self-propelled particles in aqueous suspensions can be trapped by acoustic fields generated by piezoelectric transducers usually at frequencies in the Megahertz.The obtained confinement allows the study of rich collective behaviours like clustering or spreading dynamics in microgravity-like conditions. The acoustic field induces the levitation of self- propelled particles and provides secondary lateral forces to capture them at nodal planes. Here, we give a step forward in the field of confined active matter, reporting levitation experiments of bacterial suspensions of Escherichia coli. Clustering of living bacteria ismonitored as a function of time, where different behaviours are clearly distinguished. Upon the removal of the acoustic signal, bacteria rapidly spread, impelled by their own swimming. Trapping of diverse bacteria phenotypes result in irreversible bacteria entanglements and inthe formation of free-floating biofilms.

Les particules browniennes ou auto-propulsées dans des suspensions aqueuses peuvent être piégées par des champs acoustiques générés par des transducteurs piézoélectriques, généralement à des fréquences dans le mégahertz. Le confinement obtenu permet d’étudier des comportements collectifs riches tels que la dynamique de regroupement ou d’étalement dans des conditions de type microgravité. Le champ acoustique induit la lévitation des particules autopropulsées et fournit des forces latérales secondaires pour les capturer dans les plans nodaux. Dans cette thèse, nous allons plus loin dans le champ de la matière active confinée, en rapportant des expériences de lévitation de suspensions bactériennes d’Escherichia coli. La formation de grappes de bactéries vivantes s’effectue en fonction du temps, où différents comportements sont clairement distingués. Lors de la suppression du signal acoustique, les bactéries se propagent rapidement, entraînées par leur propre nage. Le piégeage de divers phénotypes bactériens entraîne des enchevêtrements irréversibles et la formation de biofilms flottant librement.

Mots clés: Biofilm; Escherichia coli; Active suspension; Collective motion; Acoustic levitation

Mots clés: Biofilm; Escherichia coli; Suspension active; Matière active; Piège acoustique

Domaines: Physique [physics]; Biophysique

Salomé Gutierrez Ramos. Acoustic confinement of Escherichia coli : the impact on biofilm formation. Physics [physics]. Sorbonne Université, 2018. English. ⟨NNT : 2018SORUS599⟩. ⟨tel-02475812⟩