新材料：科學(xué)家用細(xì)菌開發(fā)出柔性活液晶

日前，來自肯特州立大學(xué)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作，把活細(xì)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(dòng)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。相關(guān)研究論文刊登在了近期出版的《PNAS》雜志上。

活細(xì)菌在水基無毒的液晶中游泳，細(xì)菌和液晶之間的互動(dòng)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(jī)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(yùn)動(dòng)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(chǔ)，用來驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。從仿生微型機(jī)器、傳感器到自組裝微型機(jī)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(duì)這些反應(yīng)進(jìn)行光學(xué)探測(cè)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(cè)癌癥生長(zhǎng)、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(tái)簡(jiǎn)單的偏振顯微鏡，就能清晰看到24納米粗細(xì)的細(xì)菌鞭毛（人頭發(fā)的1/4000）的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

研究人員指出，通過控制系統(tǒng)中的可變因素，比如細(xì)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(xì)菌主動(dòng)運(yùn)動(dòng)。由此帶來一個(gè)新的設(shè)計(jì)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(jì)有效的治療。而微流技術(shù)作為一種疾病初期的探測(cè)手段，也變得越來越重要。

論文第一作者、肯特州立大學(xué)博士生周爽（ShuangZhou，音譯）表示：“據(jù)我們所知，在以往的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)中還沒有人做過這樣的系統(tǒng)工作。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(jì)新型生物傳感器。這只是從一個(gè)打開了的寶庫(kù)中剛掘出第一桶金，還有更多事情等著去做。”

原文檢索：

ShuangZhou，AndreySokolov，OlegD.Lavrentovich，andIgorS.Aranson.Livingliquidcrystals.PNAS，January13，2014；doi：10.1073/pnas.132192611