最近，美國(guó)俄亥俄州肯特州立大學(xué)和伊利諾斯州阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，把活細(xì)菌和無(wú)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(kāi)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。研究小組將在2月15日至19日于舊金山召開(kāi)的生物物理學(xué)協(xié)會(huì)第58屆年會(huì)上提交他們的報(bào)告。
活細(xì)菌在水基無(wú)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(lái)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(guò)程。在本研究中，通過(guò)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(guò)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(lái)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(lái)越重要。
“據(jù)我們所知，在以往的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)中還沒(méi)有人做過(guò)這樣的系統(tǒng)工作。”肯特州立大學(xué)博士生周雙(音譯)說(shuō)，“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(lái)設(shè)計(jì)新型生物傳感器。這只是從一個(gè)打開(kāi)了的寶庫(kù)中剛掘出第一桶金，還有更多事情等著去做。”
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