Mokslininkai kuria savaeigių skystųjų kristalų pavyzdžius

Nauji tyrimai rodo, kad skystųjų kristalų judėjimas gali būti naudojamas autonominių medžiagų, galinčių suvokti įvestį, sustiprinti signalus ir net apskaičiuoti informaciją, kūrimui. Paskola Verduzco laboratorijos / Ryžių universiteto vaizdas

Proveržiai gali atverti kelią naujoms skystųjų kristalų programoms.

Medžiagos, galinčios atlikti sudėtingas funkcijas reaguojant į aplinkos pokyčius, gali būti naujų įdomių technologijų pagrindas. Pagalvokite apie kapsulę savo kūne, kuri automatiškai išskiria antikūnus, reaguodama į virusą, paviršių, kuris, veikdamas pavojingas bakterijas, išskiria antibakterinę medžiagą – medžiagą, kuri prisitaiko prie kiaušinio, kai būtina išlaikyti tam tikrą svorį ar savijautą. գրավ absorbuoja nuodingus teršalus iš oro.

Mokslininkai ir inžinieriai jau žengė pirmąjį žingsnį link tokio tipo autonominės medžiagos, sukurdami „aktyvias“ medžiagas, galinčias judėti savarankiškai. Dabar tyrėjai Čikagos universitetas žengė kitą žingsnį parodydami, kad tokios veikliosios medžiagos judėjimas skystuose kristaluose gali būti naudojamas վել nukreiptas.

Koncepcijos įrodymas yra šis tyrimas, paskelbtas žurnale 2021 m. Vasario 18 d Gamtos medžiagosyra molekulių inžinerijos šeimos profesoriaus Lanio արգ Margaret Gardel, fizikos ir molekulinės inžinerijos profesoriaus Horatsi B. trejų metų bendro darbo rezultatas. Hortonas, taip pat fizikos profesorius Vincenzo Vitelli և Aaronas Dineris, chemijos profesorius.

Naudojant skystųjų kristalų savybes

Skirtingai nuo tradicinių skysčių, skystieji kristalai turi bendrą molekulinę tvarką որոնք, kuri suteikia autonominių statybinių elementų potencialą. Krištolo defektai iš esmės yra mažos kapsulės, kurios gali veikti kaip cheminių reakcijų vietos arba kaip laikančiosios jungtys.

Norėdami sukurti autonomines medžiagas, kurias būtų galima panaudoti technologijose, mokslininkai turėjo rasti būdą, kaip šios medžiagos galėtų stumti savo defektus, kontroliuodamos judėjimo kryptį.

„Aktyviems“ skystiesiems kristalams gaminti mokslininkai naudojo aktino gijas, tas pačias skaidulas, kurios sudaro ląstelės citoskeletą. Jie taip pat pridėjo motorinius baltymus, kurie yra baltymai, kuriuos biologinės sistemos naudoja jėgai veikti aktino skaiduloms. Šie baltymai daugiausia „vaikšto“ išilgai gijų, todėl kristalai juda.

“Šiame darbe mes parodėme, kaip kontroliuoti šias medžiagas, kurios gali atverti kelią programoms”.

—Prof. Juanas de Pablo

Šiuo atveju, bendradarbiaudami su Stanfordo universiteto profesoriumi Ev ir Bryanto komanda, mokslininkai sukūrė aktyvius skystuosius kristalus, kuriuos maitina šviesai jautrūs baltymai, kurių aktyvumas padidėja veikiant šviesai.

Vedantis de Pablo ir Ali Mozafari sukurtų modelių kompiuterinį modeliavimą, mokslų daktaras Rui hang angi ers Mokslininkai prognozavo, kad jie gali sukurti defektų ulate manipuliuoja jais kurdami vietinius skystųjų kristalų aktyvumo modelius.

Gardelio և postdoktorantų Steveno Redfordo ir Nitino Kumaro eksperimentai patvirtino šias prognozes. Visų pirma, purškdami lazerius skirtingose ​​vietose, mokslininkai padarė tas zonas daugiau ar mažiau aktyvias, taip kontroliuodami defekto srautą.

Tada jie parodė, kaip sukurti mikrofluidinį įtaisą – įrankį, kurį naudoja inžinerijos, chemijos ir biologijos tyrėjai, analizuodami nedidelius skysčių kiekius.

Paprastai tokie įtaisai apima mažas kameras, tunelius ir vožtuvus. Naudojant tokią medžiagą, skysčiai galėtų būti gabenami autonomiškai be siurblių ar slėgio, atveriant duris į sudėtingo elgesio programavimą aktyviose sistemose.

Rankraščio išvados yra reikšmingos, nes iki šiol dauguma aktyvių skystųjų kristalų tyrimų buvo orientuoti į jų elgesio apibūdinimą.

„Šiame darbe mes parodėme, kaip kontroliuoti šias medžiagas, kurios gali atverti kelią pritaikymui“, – sakė de Pablo. “Dabar mes turime pavyzdį, kai pritvirtintas molekulinio lygio variklis, kad būtų galima valdyti judesį judinant jį po makroskopinėmis svarstyklėmis.”

Naujų prietaisų kūrimas iš medžiagos

Šis koncepcijos įrodymas rodo, kad skystųjų kristalų sistema ilgainiui gali būti naudojama kaip jutiklis ar stiprintuvas, reaguojantis į aplinką. Tada mokslininkai tikisi parodyti, kaip sukurti elementus, reikalingus šiai sistemai paversti grandine, galinčia atlikti logines operacijas, pavyzdžiui, kompiuterius.

„Mes žinojome, kad šios veikliosios medžiagos yra gražios ir įdomios, bet dabar žinome, kaip jomis manipuliuoti ir naudoti įdomiai“, – sakė de Pablo. – Tai labai jaudina.

Kiti laikraščio autoriai yra Sasha ems emski և Paulas W. Roygruckas iš Stanfordo. Šias bendradarbiavimo pastangas palengvino UChicago medžiagų mokslo ir inžinerijos centras. Gardelis, Vitelli քը Vakarienė yra Jameso Ameso Franko instituto nariai.

Nuoroda. Rui Hang Ang, Stephen R. „Skysčių ir kristalų struktūros և dinamikos valdymas formuojant veiklą formuojant erdvę-laiką“ Redford, Paul W. Ruigrok, Nitin Kumar, Ali Mozafari, Sasha ems emski, Aaron R. L. Gardelis և Juanas de. De Pablo, 2021 m Vasario 18 d. Gamtos medžiagos,
DOI: 10.1038 / s41563-020-00901-4:

Finansavimas. Nacionalinis mokslo fondas

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasiutligė neužkrėstų smegenų, tačiau vis tiek kenčia nuo stiprių nervų pažeidimų.

Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo takų simptomais, Virusas, sukeliantis COVID 19Vargu ar jis bus tiesiogiai perduodamas į smegenis, tačiau vis tiek gali sukelti sisteminę...

Mokslas yra paprastas. Kas yra kvantinis skaičiavimas?

Nuo JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 21 d Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija DOE naudoja pažangią aušinimo sistemą - uolekčių, kad kvantinių kompiuterių širdis būtų pakankamai...

Kaip paukštis kvėpuoja geriau? Tyrėjų išvados

Apytikslis „apvalios viščiuko“ su paukščio plaučiais skaičius parodė, kad įkvėpus oro judėjimas pirmyn ir atgal. Kaip iškvėpimai (mėlynos rodyklės) ir iškvėpimai (raudoni) sukelia...

Kalnų gorilos gali naudoti krūtinę, kad perduotų informaciją apie save

Vyriškos gorilos krūtis muša. Autoriai: Jordi Galbany / Diano Fossey Gorilla fondas Skrynios, nukentėjusios nuo kalnų gorilų, kurios greitai muša krūtinę rankomis, kad skambėtų...

Paprastas mokslas: kas yra biokuras?

Parengta JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 20 d Mokslininkai fermentavo mieles, kad iš augalų cukrus virstų biodyzelinu. Kreditas: Nuotrauka mandagumo Stephanopoulos Lab Saulės, vėjo ir...

Newsletter

Subscribe to stay updated.