Desde la célula más pequeña hasta los humanos, la mayoría de los organismos pueden detectar la densidad de su población local y cambiar su comportamiento en entornos abarrotados. Para bacterias e insectos sociales, este comportamiento se conoce como "detección de quórum". Investigadores de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh han utilizado modelos computacionales para imitar tal comportamiento de detección de quórum en materiales sintéticos. lo que podría conducir a dispositivos con capacidad de autorreconocimiento y autorregulación.

Los hallazgos se basan en la investigación de materiales sintéticos biomiméticos de Anna C. Balazs, Profesor Distinguido de Ingeniería Química y del Petróleo, y el asociado postdoctoral Henry Shum, quien ahora es profesor asistente de matemáticas aplicadas en la Universidad de Waterloo. El artículo, "Detección de quórum sintético en colonias de microcápsulas modelo, "se publica esta semana en la revista PNAS .

"La detección de quórum (QS) es un comportamiento distintivo de los organismos vivos que les permite iniciar un comportamiento específico solo cuando se excede un umbral crítico en el tamaño y la densidad de la población, "Explicó el Dr. Balazs." Esta autoconciencia sintonizable es evidente en sistemas macro como las abejas que seleccionan un sitio para una nueva colmena, pero es vital para los sistemas celulares como las bacterias, que producen y secretan moléculas de señalización que actúan como "autoinductores" una vez que se alcanza una población específica. La creación de una respuesta biomimética puede permitir que los materiales sintéticos "cuenten" eficazmente; este es, para detectar y adaptarse a su entorno una vez que se alcanza un umbral preprogramado ".

En un sistema biológico, los autoinductores en concentraciones bajas se difunden y, por lo tanto, no desencadenan una respuesta. Por eso, el sistema está en un tipo de estado "apagado". Sin embargo, cuando las células alcanzan un número o quórum específico, la producción de autoinductores conduce a una detección y respuesta. Este estado "encendido" aumenta la producción de la molécula de señalización y activa otras vías metabólicas que son desencadenadas por QS, coordinando el comportamiento de la colonia.

"Sin embargo, Los autoinductores tienden a mantener el estado "encendido" una vez activados, por lo que el sistema es menos sensible a las disminuciones posteriores de la población. "Dijo el Dr. Shum." Para que los materiales autorreguladores determinen sin ambigüedades su densidad actual, modelamos una colonia de microcápsulas inmóviles que liberan sustancias químicas de señalización en una red "represora", que no exhibe el mismo efecto de "memoria". En lugar de, descubrimos que las oscilaciones químicas surgen en la colonia de microcápsulas en condiciones análogas a lograr un quórum en los sistemas biológicos ".

Los investigadores señalan que sus hallazgos podrían inspirar nuevos materiales mecánicos sensibles, como geles poliméricos con elementos QS incrustados que activarían un determinado comportamiento químico al comprimirse, y luego se apaga cuando se estira, o cuando se alcanza una temperatura específica.

"Por ejemplo, podría tener una piel robótica que se solidifica para protegerse a una cierta temperatura, y luego se vuelve "blando" nuevamente cuando la temperatura desciende a un nivel nominal, "El Dr. Balazs agrega." Aunque nuestro trabajo es computacional, los resultados muestran que es posible la creación de materiales sintéticos que se autorreconocen y se autorregulan ".