Vědci navrhují vzorky tekutých krystalů s vlastním pohonem

Nový výzkum ukazuje, že pohyb tekutých krystalů lze použít k nasměrování vývoje autonomních materiálů, které dokáží snímat vstupy, zesilovat signály a dokonce vypočítávat informace. Půjčka Obrázek Verduzco Laboratory / Rice University

Průlomy by mohly připravit cestu novým aplikacím pro tekuté krystaly.

Materiály schopné provádět složité funkce v reakci na změny v prostředí mohou být základem vzrušujících nových technologií. Myslete na kapsli ve vašem těle, která automaticky uvolňuje protilátky v reakci na virus; գրավ absorbuje toxické znečišťující látky ze vzduchu.

Vědci a inženýři již učinili první krok k tomuto typu autonomního materiálu a vyvinuli „aktivní“ materiály, které mají schopnost samostatného pohybu. Nyní vědci University of Chicago učinili další krok tím, že ukázali, že lze pohyb takové účinné látky v kapalných krystalech použít օգտագործվել směrovaný.

Důkaz koncepce Tento výzkum publikovaný v časopise 18. února 2021 Přírodní materiályje výsledkem tříleté společné práce Holana de Pabla, profesora rodiny molekulárního inženýrství Ligi արգ Margaret Gardel, profesorky fyziky a molekulárního inženýrství Horatsi B. Horton, stejně jako profesor fyziky Vincenzo Vitelli և Aaron Deiner, profesor chemie.

Využití vlastností tekutých krystalů

Na rozdíl od tradičních kapalin mají tekuté krystaly jediný molekulární řád և, který nabízí potenciál jako autonomní stavební bloky. Vady krystalů jsou v podstatě malé kapsle, které mohou působit jako místa pro chemické reakce nebo jako nosné nádoby ve spojovacím zařízení.

Aby bylo možné vytvořit autonomní materiály, které by mohly být použity v technologii, museli vědci najít způsob, jak by tyto materiály mohly prosazovat své vlastní vady a přitom řídit směr pohybu.

K výrobě „aktivních“ tekutých krystalů vědci použili aktinová vlákna, stejná vlákna, která tvoří cytoskelet buňky. Přidali také motorické proteiny, což jsou proteiny používané biologickými systémy k vyvíjení síly na aktinová vlákna. Tyto proteiny hlavně „kráčejí“ po vláknech a způsobují pohyb krystalů.

„V této práci jsme si ukázali, jak tyto materiály ovládat, což může připravit cestu pro aplikace.“

—Prof. Juan de Pablo

V tomto případě vědci ve spolupráci s profesorem Stanfordské univerzity Evem a Bryantovým týmem vyvinuli aktivní tekuté krystaly, které jsou vyživovány fotocitlivými proteiny, jejichž aktivita se zvyšuje pod vlivem světla.

Vedoucí počítačová simulace modelů vyvinutých de Pablem s Ali Mozafarim, výzkumný lékař Rui hang angi հետազոտ Vědci předpovídali, že mohou vytvářet defekty և manipulovat s nimi, aby vytvořili místní vzorce aktivity tekutých krystalů.

Experimenty postdoctorálních vědců Gardel, vedených Stevenem Redfordem, Nitinem Kumarem, tyto předpovědi potvrdily. Zejména pomocí stříkání laserů na různé oblasti vědci tyto oblasti více či méně aktivovali, čímž kontrolovali tok defektu.

Poté ukázali, jak vytvořit mikrofluidní zařízení, nástroj používaný vědci z oblasti inženýrství, chemie a biologie k analýze malého množství kapalin.

Typicky taková zařízení zahrnují malé komory, tunely a ventily. S takovou látkou by se kapaliny mohly pohybovat autonomně bez čerpadel nebo tlaku, což by otevíralo dveře programování složitého chování v aktivních systémech.

Nálezy v rukopisu jsou významné, protože doposud se většina výzkumů aktivních kapalných krystalů zaměřovala na charakterizaci jejich chování.

„V této práci jsme ukázali, jak tyto materiály ovládat, což může připravit cestu pro aplikace,“ řekl de Pablo. „Nyní máme příklad, kdy je připojen motor na molekulární úrovni, který řídí pohyb pohybem pod makroskopickými měřítky.“

Vytváření nových zařízení z materiálu

Tento důkaz koncepce ukazuje, že systém z tekutých krystalů lze nakonec použít jako senzor nebo zesilovač, který reaguje na prostředí. Dále vědci doufají, že ukáží, jak vytvořit prvky potřebné k přeměně tohoto systému na řetězec schopný provádět logické operace, jako jsou počítače.

„Věděli jsme, že tyto účinné látky jsou krásné a zajímavé, ale nyní víme, jak s nimi manipulovat a použít je pro zajímavé účely,“ řekl de Pablo. „Je to velmi dojemné.“

Mezi další autory novin patří Sasha ems emski և Paul W. Roygruck ze Stanfordu. Toto úsilí ve spolupráci usnadnilo Centrum UChicago pro výzkum a inženýrství materiálových věd. Gardel, Vitelli քը Dinner jsou členy Institutu Jamese Amese Franka.

Odkaz. „Prostoročasové řízení struktury tekutých krystalů և dynamiky prostřednictvím formování aktivity“ Rui Hang Ang, Stephen R. Redford, Paul W. Ruigrok, Nitin Kumar, Ali Mozafari, Sasha ems emski, Aaron R. L. Gardel և Juan de. De Pablo, 2021 18. února Přírodní materiály,
DOI: 10.1038 / s41563-020-00901-4:

Financování. Národní vědecká nadace

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.