El cristal inteligente, las lentes de transición y los anillos de estado de ánimo no son los únicos compuestos por cristales líquidos; la mucosidad, la baba y las membranas celulares también los contienen. Ahora, un equipo de investigadores está tratando de comprender mejor cómo los cristales líquidos, combinados con bacterias,formar materiales vivos y cómo los dos interactúan para organizarse y moverse.
"Una de las ideas que surgieron fueron los materiales que viven", dijo Igor S. Aronson, titular de la Cátedra Huck y profesor de Ingeniería Biomédica, Química y Matemáticas. La materia viva, la materia activa puede ser autocurativa y forma-cambiando y convertirá energía en movimiento mecánico ".
El material vivo que Aronson está explorando usando modelos computacionales predictivos y experimentos está compuesto de una bacteria, Bacillus subtilis, que puede moverse rápidamente usando sus flagelos largos y un cristal líquido nemático, el cromoglicato disódico. Cristales líquidos como materiales se encuentran en algún punto intermedioun líquido y un sólido. En este caso, las moléculas en cromoglicato disódico se alinean en largas filas paralelas, pero no están fijas en su lugar. Capaces de moverse, permanecen orientadas en una sola dirección a menos que se alteren.
Según Aronson, este tipo de cristal líquido se asemeja mucho a un campo arado recto con las crestas de las moléculas y los surcos de las áreas intermedias.
Anteriormente, los investigadores descubrieron que estas pequeñas bacterias en un material de cristal líquido pueden empujar la carga, partículas pequeñas, a través de los canales en un cristal líquido y moverse a cuatro veces la longitud de su cuerpo cuando están en pequeñas concentraciones, pero conservadoramente, a 20 vecesla longitud de su cuerpo cuando están en grandes cantidades
"Una propiedad emergente de la combinación de un cristal líquido y una bacteria es que a una concentración bacteriana de aproximadamente 0.1 por ciento en volumen comenzamos a ver una respuesta colectiva de la bacteria", dijo Aronson.
Este tipo de material vivo no es simplemente una combinación de dos componentes, sino que las dos partes crean algo con propiedades ópticas, físicas o eléctricas inusuales. Sin embargo, no existe una conexión directa entre la bacteria y el líquido. Los modelos informáticos de los investigadoresmostró un comportamiento colectivo en su sistema similar al que se ve en las combinaciones reales de cristal líquido / bacteria.
Los modelos computacionales predictivos para este sistema de bacterias de cristal líquido muestran un cambio de canales paralelos rectos cuando solo existe una pequeña población de bacterias, a una configuración más compleja, organizada y activa cuando las poblaciones de bacterias son más altas. Si bien los patrones siempre están cambiando,tienden a formar defectos de puntero formas de flecha que sirven como trampas y concentran bacterias en un área, y defectos triangulares que alejan a las bacterias del área. El aumento de la concentración bacteriana aumenta la velocidad de las bacterias y las configuraciones en áreas con bacterias más altasla población cambia más rápidamente que en áreas con menos bacterias. Aronson y su equipo observaron los materiales vivos de cristal líquido de una manera ligeramente diferente que en el pasado. Querían que la película delgada de cristal líquido fuera independiente, no tocara ninguna superficie,entonces usaron un dispositivo que creó la película, de una manera similar a la que se usaba para crear grandes pompas de jabón, y la suspendieron lejos del surcontacto facialEste enfoque mostró patrones de defectos en la estructura del material.
Según los investigadores, los experimentos con películas delgadas de cristales líquidos y bacterias produjeron los mismos resultados que los modelos computacionales.
Otro efecto que encontraron los investigadores fue que cuando se eliminaba el oxígeno del sistema, la acción del material vivo se detenía. Bacillus subtilis generalmente se encuentra en lugares con oxígeno, pero puede sobrevivir en entornos desprovistos de oxígeno. Las bacterias en el material vivono murieron, simplemente dejaron de moverse hasta que el oxígeno estuvo nuevamente presente.
Los investigadores informaron en Revisión física X que sus "hallazgos sugieren enfoques novedosos para atrapar y transportar bacterias y nadadores sintéticos en líquidos anisotrópicos y extienden un alcance de herramientas para controlar y manipular objetos microscópicos en materia activa". Debido a que algunas sustancias biológicas como el moco y las membranas celulares a veces son líquidascristales, esta investigación puede producir conocimiento de cómo estas sustancias biológicas interactúan con las bacterias y podría proporcionar información sobre enfermedades debido a la penetración bacteriana en el moco.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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