最近，美國俄亥俄州肯特州立大學(xué)和伊利諾斯州阿爾貢國家實驗室合作，把活細菌和無生命的溶致液晶(LLCs，一種包含溶劑化合物在內(nèi)的兩種或多種化合物形成的液晶)結(jié)合在一起，開發(fā)出一種新型主動材料——活液晶，有望提高生物傳感器性能，在疾病早期診斷方面很有前景。研究小組將在2月15日至19日于舊金山召開的生物物理學(xué)協(xié)會第58屆年會上提交他們的報告。
活細菌在水基無毒的液晶中游泳，細菌和液晶之間的互動作用形成了一種新型軟物質(zhì)：活液晶。活液晶是活生物與機械材料的混合，是一種新興的柔性工程復(fù)合材料，能在外部刺激下運動并改變自身結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，而且能像真正的生物似的，從環(huán)境中吸取能量轉(zhuǎn)化存儲，用來驅(qū)動整個系統(tǒng)運動。從仿生微型機器、傳感器到自組裝微型機器人，這種功能在許多應(yīng)用中都非常關(guān)鍵。
此外，活液晶還有著極佳的光學(xué)屬性。它能提供一種媒介，能放大微米和納米水平的微小反應(yīng)，這是分子和病毒相互作用的層面，并能對這些反應(yīng)進行光學(xué)探測和分析。這些特性讓生物液晶非常適合用于制造傳感設(shè)備，監(jiān)測癌癥生長、感染等生物生理過程。在本研究中，通過液晶雙折射，只需一臺簡單的偏振顯微鏡，就能清晰看到24納米粗細的細菌鞭毛(人頭發(fā)的1/4000)的旋轉(zhuǎn)運動。
研究人員指出，通過控制系統(tǒng)中的可變因素，比如細菌能獲得的氧氣量、混合物濃度或溫度，可以控制和引導(dǎo)細菌主動運動。由此帶來一個新的設(shè)計方向：制造微流生物傳感器。疾病初期最容易治愈，早期診斷能讓大部分疾病得到經(jīng)濟有效的治療。而微流技術(shù)作為一種疾病初期的探測手段，也變得越來越重要。
“據(jù)我們所知，在以往的實驗物理學(xué)中還沒有人做過這樣的系統(tǒng)工作。”肯特州立大學(xué)博士生周雙(音譯)說，“這種新材料有許多潛在的應(yīng)用，但目前最直接的用途是用來設(shè)計新型生物傳感器。這只是從一個打開了的寶庫中剛掘出第一桶金，還有更多事情等著去做。”
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