Новости химической науки > Жидкие кристаллы смогут обнаружить бактерии

Группа исследователей из США продемонстрировали, что жидкие кристаллы способны менять свою ориентацию в присутствии бактерий. Это свойство в будущем позволит применять жидкие кристаллы в биосенсорах, определяющих следовые количества патогенов микробиологического происхождения.

В отличие от других материалов, для жидких кристаллов характерно наличие четкой фазовой границы между твердым упорядоченным кристаллическим и менее упорядоченным жидким состоянием – жидкокристаллической фазой. В жидкокристаллической фазе молекулы жидкого кристалла стараются занять упорядоченное состояние, например – в нематических жидких кристаллах 5CB (4-пентил-4'-цианобифенила) молекулы стремятся ориентироваться вдоль друг друга.

Тем не менее, жидкокристаллический порядок может быть достаточно легко нарушен – при размещении жидкокристаллического материала на поверхности любая царапина или пылинка на этой поверхности может изменить ближний порядок материала. Именно по этой причине жидкокристаллические дисплеи необходимо изготавливать в условиях идеальной чистоты.

Порядок жидких кристаллов нарушается при их контакте с эндотоксинами бактериального происхождения. (Рисунок из Science, 2011, DOI: 10.1126/science.1195639)

Николас Абботт (Nicholas Abbott) из Университета Висконсин-Мэдисона с коллегами выяснил, как можно использовать повышенную чувствительность жидких кристаллов к загрязнениям. Они получили дисперсию из жидкокристаллического материала 5CB в воде, после чего с помощью поляризованного света изучали их упорядоченное состояние. В сферических микрокаплях молекулы 4-пентил-4'-цианобифенила не могли реализовать предпочтительный характер организации и оставались в разупорядоченном состоянии. Однако, добавка совершенно незначительных эндотоксинов бактерии E.coli (менее пикограмма на миллилитр) приводила к упорядочиванию молекул 5CB.

В соответствии с рассуждениями исследователей из группы Аббота, первоначальное неупорядоченное состояние жидких кристаллов в микрокапле характеризуется дефектами, с которыми и взаимодействуют эндотоксины E.coli. Аббот полагает, что такое изменение структуры вполне может стать основой для создания биосенсора. Он говорит, что можно взять образец и прибавить к нему несколько капель жидкокристаллического материала, а последующее измерение оптических свойств жидкокристаллических капель позволит определить', присутствуют ли в анализируемом образце эндотоксины. Однако Аббот пока еще не уверен, сможет ли такой биосенсор дифференцированно различать типы различных патогенов в образце.

Олег Лаврентович (Oleg Lavrentovich), специалист по жидким кристаллам из Университета Огайо, отмечает, что самым интересным результатом исследования является механизм, благодаря которому жидкие кристаллы могут сигнализировать о присутствии в образце токсина. Уже давно известно, что внутренний порядок жидкокристаллических материалов определяется ориентацией молекул, располагающихся на поверхности, однако обнаруженная чувствительность жидких кристаллов к эндотоксинам наводит на мысль о реализации каких-то более тонких эффектов, связанных с тем, что на упорядочивание жидкокристаллической фазы влияет не вся ее поверхность, а лишь отдельный ее фрагмент.

Источник: Science, 2011, DOI: 10.1126/science.1195639

метки статьи: #аналитическая химия, #биомедицинские микроприборы, #молекулярная биология, #супрамолекулярная химия, #физическая химия