p Da menor célula aos humanos, a maioria dos organismos pode sentir sua densidade populacional local e mudar o comportamento em ambientes lotados. Para bactérias e insetos sociais, esse comportamento é conhecido como "detecção de quorum". Pesquisadores da Swanson School of Engineering da University of Pittsburgh utilizaram modelagem computacional para imitar tal comportamento de detecção de quorum em materiais sintéticos, o que pode levar a dispositivos com capacidade de auto-reconhecimento e autorregulação. p Os resultados são baseados na pesquisa em materiais sintéticos biomiméticos por Anna C. Balazs, Distinto Professor de Engenharia Química e de Petróleo, e pós-doutorado Henry Shum, que agora é professor assistente de matemática aplicada na Universidade de Waterloo. O artigo, "Sensor de quorum sintético em colônias de microcápsulas modelo, "é publicado esta semana no jornal PNAS .

p "Quorum sensing (QS) é um comportamento distinto dos organismos vivos que lhes permite iniciar um comportamento específico apenas quando um limite crítico no tamanho da população e densidade é excedido, "Dr. Balazs explicou." Esta autoconsciência ajustável é aparente em macrossistemas, como as abelhas selecionando um local para uma nova colméia, mas é vital para sistemas celulares como bactérias, que produzem e secretam moléculas de sinalização que atuam como "autoindutores", uma vez que uma população específica é atingida. A criação de uma resposta biomimética pode permitir que os materiais sintéticos "contem" efetivamente; isto é, para sentir e se adaptar ao seu ambiente, uma vez que um limite pré-programado seja alcançado. "

p Em um sistema biológico, autoindutores em baixas concentrações se difundem e, portanto, não desencadeiam resposta. Portanto, o sistema está em um tipo de estado "desligado". Contudo, quando as células atingem um número ou quorum específico, a produção de autoindutores leva a uma detecção e resposta. Este estado "ligado" aumenta a produção da molécula de sinalização e ativa outras vias metabólicas que são desencadeadas por QS, coordenar o comportamento da colônia.

p "Contudo, os autoindutores tendem a manter o estado "ligado", uma vez ativados, para que o sistema seja menos sensível a diminuições subsequentes na população, "Dr. Shum disse." Para materiais autorreguladores determinarem de forma inequívoca sua densidade atual, modelamos uma colônia de microcápsulas imóveis que liberam produtos químicos de sinalização em uma rede "repressiladora", que não exibe o mesmo efeito de "memória". Em vez de, descobrimos que oscilações químicas emergem na colônia de microcápsulas sob condições análogas a atingir um quorum em sistemas biológicos. "

p Os pesquisadores observam que suas descobertas podem inspirar novos materiais responsivos à mecânica, como géis de polímero com elementos QS incorporados que ativariam um certo comportamento químico quando comprimidos, e depois desligue quando esticado, ou quando uma temperatura específica é atingida.

p "Por exemplo, você poderia ter uma pele robótica que se solidifica para se proteger a uma determinada temperatura, e então se torna "mole" novamente quando a temperatura cai para um nível nominal, "Dr. Balazs acrescenta." Embora nosso trabalho seja computacional, os resultados mostram que a criação de materiais sintéticos que se reconhecem e se autorregulam é possível. "