Combinación de biopelícula bacteriana y cristal líquido para la preparación de un dispositivo electroóptico.

La presente invención se refiere a un material que comprende al menos una biopelícula bacteriana con alto grado de porosidad y una sustancia electroóptica, su procedimiento de obtención y a su uso para la fabricación de dispositivos electroópticos, tales como objetos de transparencia controlable.

Combinación de biopelícula bacteriana y cristal líquido para la preparación de un dispositivo electroóptico.

La presente invención se refiere a un material que comprende al menos una biopelícula bacteriana y una sustancia electro-óptica, su procedimiento de obtención y su uso para la fabricación de dispositivos electro-ópticos.

Estado de la técnica anterior

Para la fabricación de dispositivos electro-ópticos basados en cristal líquido disperso en matrices sólidas porosas, el cristal líquido (CL) o sustancia electro-óptica se encapsula en una matriz polimérica o vítrea. Estas matrices encapsulantes deben cumplir con los siguientes requisitos para poder ser utilizadas como medio de confinamiento del CL en un dispositivo de transmisión variable de luz: por una parte debe tener una macroporosidad, con poros de tamaño del orden de micrómetros para poder adoptar una disposición y volumen específico en términos de tamaño y forma de los microdominios de CL que condicionará su orientación y sus propiedades ópticas. Por otra parte la matriz debe tener un índice de refracción igual o similar al del CL, cuando está orientado por el campo eléctrico, para permitir la obtención de un material transparente. El CL es una sustancia que presenta un orden molecular quasi-cristalino en el estado líquido de la materia, estas extraordinarias características confieren a los materiales especiales propiedades ópticas, eléctricas y reológicas que son explotadas en muchos dispositivos, como pantallas y ventanas ópticas (J.W. Doane, Liq. Cryst. 33 (2006) 1313), vidrios GDLC:

(D. Levy, C.J. Serna and J.M. Otón, Mater. Letters, 10(9,10), 1991: 470-476); (J.M. Otón, A. Serrano, C.J. Serna and D. Levy, Liquid Crystals, 10(5), 1991: 733-739); (M. Zayat y D. Levy, Chemistry of Materials (2003) 15(11), 2122-2128); (M. Zayat y D. Levy, Journal of Materials Chemistry (2005) 15(35-36), 3769-3775).

Por otro lado es sabido que las biopelículas son matrices de depósitos microbianos formados por sustancias poliméricas extracelulares (SPE) que se adhieren tanto a superficies biológicas como no biológicas. El enfoque más tradicional en la investigación con las biopelículas se dirige a evitar su formación, ya que frecuentemente recubren a los microorganismos patógenos e impiden su destrucción (Anderson et Al. Curr. Top. Microbiol. Immunol. (2008) 322, 85-105), y a prevenir la suciedad (incrustaciones de depósitos) en los sistemas industriales y marinos. Otros temas de investigación están orientados a aplicaciones medioambientales (bioremediacion), biocatálisis, (Rosche et Al. Trends in Biotechnology, 2009, 27 (11), pp. 636-643) y hace muy poco, las superficies de las biopelículas han comenzado a ser utilizadas en "materiales", como plantillas para la producción de materiales micro y nano-estructurados (Wang et Al Adv. Mater. 2009, 21, 2815-2818). En la solicitud de patente nº 9101325, y en la patente ES 2006/00674.

Descripción de la invención

La presente invención proporciona un material que comprende al menos una biopelícula bacteriana y una sustancia electro-óptica (CL), el procedimiento de dicho material y su uso para la fabricación de dispositivos electro-ópticos.

La obtención de un material electro-óptico fabricado mediante la combinación de una sustancia electro-óptica, como el cristal líquido y una matriz de biopelícula cultivada biotecnologicamente en el que la estructura de las biopelículas establece la disposición tridimensional necesaria para obtener la actividad electro-óptica. El cristal líquido se introduce en la estructura macroporosa de la biopelícula crecida en sustratos de vidrio transparente conductor. Este material compuesto, descrito en la presente invención, se utilizó para la fabricación de un dispositivo con transmitancia conmutable eléctricamente.

El principio de funcionamiento en estos materiales compuestos se relaciona con la orientación del material electro-óptico encapsulado en la macroporosidad de la matriz o biopelícula, lo que permite la conmutación eléctrica de su opacidad. Cuando no se aplica ningún campo eléctrico, el material electro-óptico muestra una orientación aleatoria de los microdominios (las zonas microscópicas donde las moléculas de CL muestran un patrón orientacional común), ya que los microdominios muestran diferentes índices de refracción (debido a la birrefringencia del CL). Esta diversidad de índices de refracción, distintos al de la matriz producen la dispersión de la luz (estado opaco). Cuando un campo eléctrico es aplicado a través del material compuesto, todos los microdominios de CL se re-orientan en la dirección del campo eléctrico. En esta situación, el índice de refracción que presenta el CL en la dirección del campo eléctrico es el mismo para todos los microdominios e igual o similar al de la matriz, obteniéndose un estado transparente.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un material que comprende al menos una biopelícula bacteriana y una sustancia electro-óptica. Por "sustancia electro-óptica" en la presente invención se entiende por aquella sustancia que posee la capacidad de variar sus propiedades ópticas mediante la aplicación de un campo eléctrico.

En una realización preferida la sustancia electro-óptica se selecciona de entre una sustancia electrocrómica, partículas en suspensión (SPD) o un cristal líquido (CL). Siendo en una realización más preferida la sustancia electro-óptica cristal líquido.

Por "cristal líquido (CL)" en la presente invención se entiende aquella sustancia que se encuentra en un estado de agregación de la materia caracterizado por poseer propiedades tanto de un líquido como de un sólido.

Se entiende por "partículas en suspensión (SPD)" en la presente invención, aquellas que varían su índice de refracción al aplicar corriente eléctrica, ya que se ordenan dichas partículas aumentando la tansmitancia.

Por "sustancia electrocrómica" se entiende en la presente invención aquellas sustancias que cambian de color al aplicarles una corriente eléctrica.

En una realización aún más preferida la composición del cristal líquido seleccionada de entre: 4-n-pentil-4'-ciano-bifenilo (5CB), 4-n-heptil-4'-ciano-bifenilo (7CB), 4-n-octil-4'-ciano-bifenilo (8CB) y mezclas nemáticas, siendo estas mezclas nemáticas seleccionadas de entre E7 o ZLI-1840 de Merck o ferroeléctricas como la SCE13 de Merck y otras mezclas comerciales.

Por "mezcla nemática" se entiende en la presente invención por aquella fase de cristal líquido que posee la capacidad de ordenarse posicionalmente sus moléculas al aplicarse un campo externo.

Preferiblemente la biopelícula bacteriana comprende un soporte de óxido conductor transparente (OCT) y una capa de matriz bacteriana. Más preferiblemente el óxido conductor transparente se selecciona de entre óxido de indio y estaño (ITO), óxido de indio y cinc (IZO), óxido de flúor o estaño (FTO), siendo aún más preferiblemente ITO, cualquiera de estos depositados sobre un vidrio o polímero transparente, el cual le sirve de soporte.

Por otra parte la capa de matriz bacteriana se selecciona preferiblemente de entre las producidas por Pseudomona putida, Escherichia coli, Pseudomona aeruginosa, Pseudomona fluorescens y Bacillus subtilis, y siendo más preferiblemente la Pseudomona putida.

La biopelícula bacteriana tiene más preferiblemente un espesor de entre 0,5 y 50 μm.

Las biopelículas producidas por el P. putida mt-2 cumplen los requisitos de macroporosidad (poros del orden de micrómetros) y un índice de refracción similar o igual al del cristal líquido, cuando está orientado por el campo eléctrico. Otras bacterias como E. coli y P. aeruginosa también tienen la capacidad para formar biopelículas que cumplen todos los requisitos. La robustez ambiental, la inocuidad y la versatilidad metabólica de P. putida hacen de este organismo la mejor opción para aplicaciones biotecnológicas e industriales.

En los ejemplos descritos en la presente invención, se ha utilizado la glicerina (medio mínimo M9 + glicerol 0,2%) como fuente de carbono para el crecimiento y mantenimiento de las bacterias, sin embargo pueden utilizarse otros como, medio mínimo M9 + fructosa 0,2%, medio mínimo M9 + glucosa 0,2%, medio mínimo M9 + citrato 0,2%.

Más preferiblemente la fuente... [Seguir leyendo]

1. Material que comprende al menos una biopelícula bacteriana y una sustancia electro-óptica.

2. Material según la reivindicación 1, donde la sustancia electro-óptica es cristal líquido.

3. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, donde la composición del cristal líquido se selecciona entre: 4-n-pentil-4'-ciano-bifenilo, 4-n-heptil-4'-ciano-bifenilo, 4-n-octil-4'-ciano-bifenilo y mezclas nemáticas.

4. Material según la reivindicación 3, donde el cristal líquido es 4-n-pentil-4'-ciano-bifenilo.

5. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la biopelícula bacteriana está depositada sobre un soporte de óxido conductor transparente.

6. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el óxido conductor transparente se selecciona de entre ITO, IZO y FTO.

7. Material según la reivindicación 6, donde el conductor transparente es ITO.

8. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la capa de biopelícula bacteriana se selecciona de la lista que comprende: Pseudomona putida, Escherichia coli, Pseudomona aeruginosa, Pseudomona fluorescens y Bacillus subtilis.

9. Material según la reivindicación 8, donde la bacteria es Pseudomona putida.

10. Material según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, donde el espesor de la biopelícula es de entre 0.5 a 50 μm.

11. Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende dos biopelículas bacterianas, donde dichas películas se encuentran unidas por la biopelícula bacteriana y dicha biopelícula comprende cristal líquido.

12. Procedimiento de obtención del material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende la adición de sustancia electro-óptica a biopelícula bacteriana, donde el método de adicción se selecciona de entre capilaridad, espray, inmersión, centrifugación o impregnación.

13. Procedimiento según reivindicación 12 donde el método de adición de la sustancia electroóptica es capilaridad.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, donde además se realiza un tratamiento térmico a temperaturas entre 50 y 120ºC.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, donde el tratamiento térmico se realiza con un gas que se selecciona entre aire, nitrógeno, argón, helio o cualquiera de sus combinaciones.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, donde la biopelícula bacteriana se obtiene por inmersión del óxido conductor transparente en un medio de cultivo bacteriano.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, donde la biopelícula bacteriana formada se fija mediante lavado con un agente entrecruzante que se selecciona de la lista que comprende: AlCl₃, Al(NO₃)₃, CaCl₂, Ca(NO₃){2} y FeCl₃.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, donde el agente entrecruzante es AlCl₃.

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, donde la biopelícula bacteriana se seca a temperaturas entre 80 y 150°C durante 5 a 30 min.

20. Uso del material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, para la fabricación de dispositivos electro-óptico.

21. Uso según la reivindicación 20, donde el dispositivo electro-óptico es una objeto de transparencia controlable.