设备小型化已经成为科技发明的一种趋势，因而衍生出了各种微系统。由于燃料和电力难以在这样小的尺度精确工作，而能够自主运动的细菌便极有可能成为这些微系统的动力来源，但是如何对细菌原本的无序运动加以控制一直是一个难题。前不久，肯特州立大学Oleg D. Lavrentovich研究组通过巧妙地设计液晶的排列方式实现了对枯草芽孢杆菌空间分布、活动轨迹和运动方向的控制，这项研究被发表在《科学》杂志上。
对于枯草芽孢杆菌这类可以游动的杆状细菌，它们通过旋转鞭毛从而在液体中克服阻力前进，同时细菌也能够通过暂时将鞭毛彼此分开而使细菌翻滚而控制运动方向。细菌交替的前进与翻滚形成了一种类似布朗运动的无规则运动。尽管小范围内彼此靠近的菌体会为了减小阻力而使运动方向趋于一致，但整体上是不存在稳定的秩序性排列的。
Lavrentovich的研究小组将游动的细菌放置在无毒液晶LCLC（色甘酸二钠的水分散体）的环境中，通过预处理LCLC被赋予了理想的排列方式。液晶这种流体的阻力性质与方向有关，在液晶中的球体在沿指向矢方向n运动时受到的粘滞阻力最小，这可以作为细菌的一个省力的游动路径。在这项工作中，他们通过控制液晶指向矢方向为游动的细菌提供了“导航”。
研究者发现，在只采取弯曲形变的液晶中，细菌沿指向矢双向游动，一半向左游动，一半向右游动，没有净流动。而在只采取展曲形变的液晶中，当处于放射状展曲构象区域的细菌数量少时，它们自由进出中心区域；但如果细菌数量较多时，它们会聚集成固定化的圆盘状的群落。这符合Lavrentovich之前的预测。
而当他们将细菌置于展曲态和弯曲态混合形成的的涡旋构型时，神奇的事情发生了，细菌由双向游动变为单向，整体上按照逆时针方向环绕游动。
研究人员同时还研究了拓扑荷值对于细菌运动的影响，发现细菌围绕l =1的核心表现出逆时针方向的游动；他们同时比较了一个具有拓扑荷值l1 = 1/2和l2 = -1/2的液晶中细菌的运动。结果发现细菌倾向于从-1/2处向+1/2处游动而不是相反方向，所以+1/2处富含细菌而-1/2处缺乏细菌。
对于这些实验现象，Lavrentovich等人也给出了他们的解释。他们认为细菌运动会产生潜在的液流引起细菌彼此按照指向矢方向的游动；而当更多的细菌聚集时，轨迹开始出现弯曲的起伏，表明细菌的活动克服了稳定液晶的弹力。他们对这项研究成果将来的应用前景充满信心，我们也对这种细菌定向操控技术对于动力学材料和系统在未来的应用充满期待。