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

Išradingi vandenyno mikrobai puikiai renka maistą, kai jo trūksta

Coscinodiscus wailesii diatoma su pritvirtinta Pseudovorticella coscinodisci ciliarine epibionte. Brūkšninės linijos gaunamos iš srautų, kuriuos generuoja silikatiniai epibionai. Šaltinio vaizdo įrašas buvo...

Netikėti pterozaurai lengvai galėjo skristi

Nuotraukoje pavaizduota Pterodaustro guinazui banda. Autorius: dr. Markas Wittonas Naujai suformuoti pterozaurai galėjo skristi, tačiau jų skraidymo įgūdžiai galėjo skirtis nuo suaugusiųjų pterozaurų. Pterozaurai -...

Žindymas – net kelias dienas – susijęs su mažesniu vaikystės kraujospūdžiu

Net keletą dienų žindomų kūdikių kraujospūdis 3 metų amžiaus yra žemesnis nei vaikų, kurie niekada nemaitino krūtimi. Žindomų naujagimių kraujospūdis yra žemas, neatsižvelgiant į jų...

Dirbtinio intelekto naudojimas norint rasti senėjimo cheminius junginius

Iki Surėjaus universitetas 2021 m. Liepos 24 d Surrey universitetas sukūrė dirbtinio intelekto (AI) modelį, kuris identifikuoja sveiką senėjimą skatinančius cheminius junginius, atverdamas kelią farmacijos naujovėms,...

NASA apdovanojo „SpaceX“ sutartį su „Europa Clipper“ misijos įkūrimu

Jis yra NASA 2021 m. Liepos 24 d Šis vaizdas, patikslintas 2020 m. Gruodžio mėn., Rodo NASA erdvėlaivį „Europa Clipper“. Vidaus vandenynams padvigubėjus žemės vandenynų...

Newsletter

Subscribe to stay updated.