Students and staffPhilanthropyMedia

Mikropeldētāju kustīguma mērīšanas metožu attīstīšana

Projekta nosaukums/Project title: Mikropeldētāju kustīguma mērīšanas metožu attīstīšana/ Advancement of methods for measuring the motility of microswimmers (A4Mswim)

Projekta numurs/Project number: lzp-2021/1-0470

Projekta īstenotājs/ Project implementer: Latvijas Universitāte/ University of Latvia

Projekta vadītājs/ Project leader: Dr. Guntars Kitenbergs

Projekta īstenošanas vadošā struktūrvienība/ Project implementer lead unit: Eksakto zinātņu un tehnoloģiju fakultātes Fizikas nodaļa (Magnētisku mīkstu materiālu laboratorija (MMML))/ Faculty of Science and Technology, Department of Physics (Lab of Magnetic Soft Materials)

Projekta īstenošanas termiņš/ Project duration: 2022.01.01-2024.12.31

Projekta kopējais finansējums/ Project funding: 299 999.70 EUR (valsts budžeta finansējums/state budget funding)

Projekta mērķis/ Project goal: pilnveidot mikropeldētāju kustīguma mērīšanas metodes līdz rutīnas mērījumu līmenim ar pietiekošu laika un telpisko izšķirtspēju/ to advance methods of microswimmer motility characterization to routine measurements with sufficient temporal and spatial resolution

Projekta kopsavilkums: Ir interesanti saprast mikromērogā peldošu objektu uzvedību pat tikai no fundamentālā skatu punkta, tomēr pēdējā laikā ir demonstrēti arī vairāki mikropeldētāju pielietojumi, jo īpaši medicīnas jomā. Svarīga mikropeldētaju īpašība ir to kustīgums, kas vidē ar mazu Reinoldsa skaitli bieži vien ir neintuitīva un vienlīdz interesanta gan dabīgiem, gan mākslīgiem peldētājiem. Peldētāja kustības un tā radītā plūsmas lauka mērījumi ir nepieciešami, bet bieži vien ļoti sarežģīti. Šajā projektā mēs piedāvājam attīstīt mērīšanas metodes. Mēs pārbaudīsim komerciālas mikroPIV (Daļiņu ātrumu lauku mērīšanas) iekārtas pielietojamības robežas, izmantojot pilnībā kontrolējamu un regulējamu peldētāju no feromagnētiskas stīgas, un meklēsim uzlabojumus. Uzlabotā iekārta tiks izmantota citu mikropeldētāju, tai skaitā magnetotaktisko baktēriju izpētei. Mēs plānojam iegūt pirmreizējus rezultātus par vairāku peldētāju kustīgumu ar augstu telpisko un laika izšķirtspēju, kas tiks salīdzināti ar teorētiskiem vai bioloģiskiem modeļiem vai hipotēzēm. Mūsu secinājumi palīdzēs citiem fiziķiem, biologiem un inženieriem savā darbā izpētīt plašo peldētāju daudzveidību vai attīstīt un pilnveidot mākslīgi veidotus peldētājus konkrētiem pielietojumiem.

Project summary: It is fundamentally interesting to understand the behavior of swimming objects at microscale, but recently multiple interesting demonstrations of microswimmer applications have been proposed, particularly in the field of medicine. An important characteristic of microswimmers is their motility, which is often non-intuitive in the low Reynolds number regime and is equally interesting for both natural and artificial swimmers. Measurements of the swimmer motion and the flow field that it creates around are necessary, but often very difficult. Here we propose to advance the measurement methods. We will challenge a conventional microPIV (Particle Image Velocimetry) setup with a fully controllable and modifiable ferromagnetic filament-based swimmer and look for improvements. The improved setup will be applied to other microswimmers, including magnetotactic bacteria. We plan to obtain first time measurements of multiple swimmer motility with high spatial and temporal resolution, which will be compared to theoretical or biological predictions. Our conclusions will help other physicists, biologists and engineers in their work to investigate the huge variety of swimmers or develop and improve artificial swimmers for specific applications.

Atslēgvārdi: mikropeldētājs, mazs Reinoldsa skaitlis, mikrofluidika, mikroPIV, magnētiskas stīgas, magnetotaktiskas baktērijas, magnētiskais lauks

Keywords: microswimmer, low Reynolds number, microfluidics, microPIV, magnetic filaments, magnetotactic bacteria, magnetic field

Project team/Zinātniskā grupa: Vad.pētnieks/Dr. Guntars Kitenbergs, Prof. Andrejs Cēbers, Vad.pētnieks/Dr. Ivars Driķis, Pētnieks/Post-doc Andris Pāvils Stikuts, Pētnieks/Post-doc Mihails Birjukovs, doktorante/PhD student Māra Šmite, citi studenti/ other students Paula Biseniece, Mārtiņš Klevs

Projekta rezultāti/Project results

Pētnieku kopiena/Research community

  1. G. Kitenbergs, D. Faivre, Flow measurements around an MTB swarm. 7th International Meeting on Magnetotactic Bacteria. Bayreuth, Germany, 2022.09.04-08. P.34
  2. M. Šmite, M. Marmol, E. Gachon, E. Turrini, M. Sirinelli, D. Faivre, A. Cēbers, G. Kitenbergs, Motion dynamics of SS-5 in a rotating magnetic field. 7th International Meeting on Magnetotactic Bacteria. Bayreuth, Germany, 2022.09.04-08. P.81
  3. A.P. Stikuts, M. Šmite, I. Driķis, A. Cēbers, G. Kitenbergs, Ferromagnetic filament shapes reveal their magnetoelastic properties. 16th International Conference on Magnetic Fluids. Granada, Spain, 2023.06.12.-16. P.103
  4. M. Šmite, G. Kitenbergs, A. Cēbers. Optimized and validated flow field measurements around ferromagnetic microswimmers. The 6th International Conference on Manipulation, Automation, and Robotics at Small Scales (MARSS2023). Abu Dhabi, UAE, 2023.10.09.-13. P.10
  5. M. Šmite, M. Kojadinovic-Sirinelli, M. Birjukovs, D. Faivre, A. Cēbers, G. Kitenbergs. Novel physical characterization reveals magnetotactic bacteria diversity in the Ogre River. 8th International Meeting on Magnetotactic Bacteria. Bilbao, Spain. 2024.06.30.-07.04. P.25
  6. M. Birjukovs, M. Šmite,  G. Kitenbergs. Robust image and data analysis methods for experiments with magnetic control of magnetotactic bacteria. 8th International Meeting on Magnetotactic Bacteria. Bilbao, Spain. 2024.06.30.-07.04. P.28
  1. A. P. Stikuts, A. Cēbers, G. Kitenbergs (2023)  Ferromagnetic filament shapes in a rotating field reveal their magnetoelastic properties. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 586, 171152. link, arXiv
  2. M. Klevs, A. Tatuļčenkovs, L. Puķina-Slava, G. Kitenbergs (2024) Extraction of initial dynamics of magnetic micro-convection. Magnetohydrodynamics, 60(1), 137-153. link, abstract, arXiv
  3. M. Birjukovs, K. Bente, D. Faivre, G. Kitenbergs, A. Cēbers (2025) Magnetic control of magnetotactic bacteria swarms. Physical Review Fluids, 10, 083101. link, arXiv
  4. M. Šmite, M. Birjukovs, P. Zvejnieks, I. Driķis, G. Kitenbergs, A. Cēbers (2025) Explicit and fully automatic analysis of magnetotactic bacteria motion reveals the magnitude and length scaling of magnetic moments. Biophysical Journal, 124(16), 2583-2597. link, arXiv
  5. M. Šmite, M. Birjukovs, M. Sirinelli-Kojadinovic, S. Grosse, A. Kokina, J. Liepins, D. Gudra, M. Lunge, D. Fridmanis, M. Posfai, A. Cēbers, D. Faivre, G. Kitenbergs (2025) Image-based physical characterization of magnetotactic bacteria from an environmental sample. arXiv, under review in Microbiology Spectrum*
  6. A. P. Stikuts, A. Zaben, I. Driķis, M. Šmite, R. Livanovičs, A. Cēbers, G. Kitenbergs (2023)  Local flow measurements around flexible filaments under rotating magnetic field, arXiv*

*tiek recenzēti/under review

  1. Proposal for MSCA Doctoral Networks 2022 call (HORIZON-MSCA-2022-DN-01-01) with partners in France, Spain, Italy, Germany, Ireland. Projekts tika noraidīts.
  2. Proposal for Widera ERA Chair 2023 call (HORIZON-WIDERA-2023-TALENTS-01-01 - ERA Chairs) with Dr. Damien Faivre as ERA Chair. Projekts tika apstiprināts. Dr. Faivre ir pārcēlies uz Latvijas Universitāti. Informācija par projektu. 
  3. Proposal for EIC Pathfinder 2024 call (HORIZON-EIC-2024-PATHFINDEROPEN-01) with partners in France, Germany, Poland and Hungary. Projekts tika noraidīts. 
 

Universitāte/University

Progresa semināri/Progress seminars

  1. Part of the "Magnetic, Soft and Active Matter" section of the 81st International Conference of the University of Latvia.  Information about the seminar: https://conferences.lu.lv/event/228/
    Abstract book (including 3 contributions from A4Mswim project): dspace.lu.lv/dspace/handle/7/61773
  2. Part of the "Active, soft and magnetic matter" section of the 82nd International Conference of the University of Latvia. Information about the seminar: https://conferences.lu.lv/event/425/ 
    Abstract book (including 3 contributions from A4Mswim project): dspace.lu.lv/dspace/handle/7/65394

Thesis

Thesis of PhD student M.Šmite is written. Currently last changes are made and it will be submitted in February 2026, to be defended in 2026.

 

Sabiedrība/General public

Zinātnieku nakts pasākumi/ Researchers' Night events:

  1. 30.09.2022. at the House of Science, University of Latvia, as the part of the Faculty of Physics, Mathematics and Optometry activities. See here for the news story and pictures
  2. 29.09.2023. at the House of Science, University of Latvia, as the part of the Faculty of Physics, Mathematics and Optometry activities. See here for the news story and pictures
  3. 27.09.2024 at the House of Science, University of Latvia, as the part of the Faculty of Science and Technology activities. See here for the news story and pictures

Social media stories

  1. G.Kitenberga ziņa par MTB baktēriju atrašanu Latvijā portālā X.com (12’221 skatījums, 2026.01.25)
  2. LTV ziņa par MTB baktēriju atrašanu Latvijā portālā Facebook (>10’000 skatījumi, 2026.01.25)
  3. TikTok kanāls popularizējot mikropeldētājus (kopā> 5’000 skatījumi)
  4. M.Šmites ieraksts par raksta Biophys.J. žurnālā publicēšanu portālā LinkedIn.
  5. G.Kitenberga ieraksts par raksta Biophys.J. žurnālā publicēšanu portālā X.com (116 skatījumu, 2026.01.25)
  6. M.Birjukova ieraksts par raksta PhysRevFluids žurnālā publicēšanu portālā LinkedIn.
  7. LU ieraksts par Latvijas Zinātņu akadēmijas gada sasniegumiem LU, kas ietver arī šī projekta pētījumus portālā Facebook
  8. LU EZTF ieraksts par Latvijas Zinātņu akadēmijas gada sasniegumiem LU EZTF, kas ietver arī šī projekta pētījumus portālā LinkedIn (angļu valodā)

Radio/Video

  1. LTV1 Panorāma ziņa “Latvijas dabā atrod pirmo magnetotaktisko baktēriju” ziņa (>8300 skatījumu/views)
  2. LR1 Zināmais nezināmajā raidījumā par “Magnētisma īpašības varētu dot vērtīgu pielietojumu dažādas nozarēs” G.Kitenbergs un A.Cēbers skaidro magnētisma priekšrocības jaunu metožu izpētē un tehnoloģiju izstrādē
  3. LR1 Zināmais nezināmajā raidījums ziņo “Latvijā ir noķerta pirmā dabā dzīvojošā magnetotaktiskā baktērija”, intervējot M.Šmiti.
  4. Printed press www.la.lv/nanoroboti-cilveka-kermeni-nav-fantazija