Lentes inteligentes, las lentes de transición y los anillos de humor no son las únicas cosas hechas de cristales líquidos; moco, el limo de babosa y las membranas celulares también los contienen. Ahora, un equipo de investigadores está tratando de comprender mejor cómo los cristales líquidos, combinado con bacterias, forman materiales vivos y cómo los dos interactúan para organizarse y moverse.
"Una de las ideas que se nos ocurrieron fueron los materiales que viven, "dijo Igor S. Aronson, titular de la Cátedra Huck y Catedrático de Ingeniería Biomédica, Química y Matemáticas. La materia viva, la materia activa puede autocurarse y cambiar de forma y convertirá la energía en movimiento mecánico ".
El material vivo que Aronson está explorando usando modelos y experimentos computacionales predictivos está compuesto por una bacteria, Bacillus subtilis, que puede moverse rápidamente usando sus flagelos largos y un cristal líquido nemático, cromoglicato disódico. Los cristales líquidos como materiales se encuentran en algún lugar entre un líquido y un sólido. En este caso, las moléculas del cromoglicato disódico se alinean en largas filas paralelas, pero no están fijos en su lugar. Capaz de moverse permanecen orientados en una sola dirección a menos que se les moleste.
Según Aronson, este tipo de cristal líquido se parece mucho a un campo arado recto con las crestas de las moléculas y los surcos las áreas intermedias.
Anteriormente, los investigadores encontraron que estas pequeñas bacterias en un material de cristal líquido pueden empujar la carga (partículas diminutas) a través de los canales en un cristal líquido y moverse cuatro veces la longitud de su cuerpo cuando se encuentran en pequeñas concentraciones. pero conservadoramente, 20 veces la longitud de su cuerpo cuando están en grandes cantidades.
"Una propiedad emergente de la combinación de un cristal líquido y bacterias es que a una concentración bacteriana de aproximadamente 0,1 por ciento por volumen, comenzamos a ver una respuesta colectiva de las bacterias, "dijo Aronson.
Este tipo de materia viva no es simplemente una combinación de dos componentes, pero las dos partes crean algo con una óptica inusual, propiedades físicas o eléctricas. Sin embargo, no existe una conexión directa entre las bacterias y el líquido. Los modelos informáticos de los investigadores mostraron un comportamiento colectivo en su sistema similar al observado en combinaciones reales de cristal líquido / bacterias.
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 más compleja, organizado, configuración activa cuando las poblaciones de bacterias son mayores. 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 mayor población de bacterias cambian más rápidamente que en áreas con menos bacterias. Aronson y su equipo observaron los materiales vivos de cristal líquido reales de una manera ligeramente diferente a la del pasado. Querían que la fina película de cristal líquido fuera independiente, sin tocar ninguna superficie, por lo que utilizaron un dispositivo que creó la película, de una manera similar a la que se usa para crear grandes pompas de jabón, y la suspendieron lejos del contacto con la superficie. Este enfoque mostró patrones de defectos en la estructura del material.
Los experimentos con películas delgadas de cristales líquidos y bacterias produjeron los mismos resultados que los modelos computacionales, según los investigadores.
Otro efecto que encontraron los investigadores fue que cuando se eliminó el oxígeno del sistema, la acción de la materia viva se detuvo. Bacillus subtilis generalmente se encuentra en lugares con oxígeno, pero puede sobrevivir en ambientes desprovistos de oxígeno. Las bacterias de la materia viva no murieron, simplemente dejaron de moverse hasta que el oxígeno volvió a estar 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 ampliar la gama 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 cristales líquidos, esta investigación puede generar conocimiento sobre cómo estas sustancias biológicas interactúan con las bacterias y podría proporcionar información sobre las enfermedades debidas a la penetración bacteriana en el moco.
