Ang mga mananaliksik ay nagkakaroon ng mga pattern sa itinutulak na likido na mga kristal

Ipinapakita ng bagong pananaliksik na ang paggalaw ng mga likidong kristal ay maaaring magamit at idirekta, na kung saan ay isang hakbang patungo sa pagbuo ng mga stand-alone na materyales na maaaring makilala ang mga input, palakasin ang mga signal at kahit makalkula ang impormasyon. Kagandahang-loob ng imahe – sa kabutihang loob ng Verduzka Laboratory / Rice University

Ang mga tagumpay ay maaaring maging daan para sa mga bagong aplikasyon ng mga likidong kristal.

Ang mga materyal na may kakayahang magsagawa ng mga kumplikadong pag-andar bilang tugon sa mga pagbabago sa kapaligiran ay maaaring maging batayan para sa kapanapanabik na mga bagong teknolohiya. Mag-isip ng isang kapsula na nakatanim sa iyong katawan na awtomatikong naglalabas ng mga antibodies bilang tugon sa isang virus, isang ibabaw na nagtatago ng isang ahente ng antibacterial kapag nahantad sa mapanganib na bakterya, isang materyal na umaangkop sa hugis nito kapag kailangan mong mapaglabanan ang isang tiyak na timbang, o damit na nararamdaman at nakakakuha ng nakakalason na polusyon sa hangin.

Ang mga siyentipiko at inhinyero ay nagawa na ang unang hakbang patungo sa mga ganitong uri ng mga stand-alone na materyal sa pamamagitan ng pagbuo ng mga “aktibong” materyal na may kakayahang lumipat nang nakapag-iisa. Nasa labas na ang mga mananaliksik Unibersidad ng Chicago kinuha ang susunod na hakbang sa pamamagitan ng pagpapakita ng paggalaw na iyon sa isang aktibong materyal – mga likidong kristal – ay maaaring magamit at maituro.

Ito ay isang pag-aaral na nagpapatunay sa konsepto, na inilathala noong Pebrero 18, 2021 sa journal Mga likas na materyales, – ang resulta ng tatlong taon ng pinagsamang gawain ng mga pangkat ni Juan de Pablo, propesor ng molekular engineering ng pamilyang Liv, at si Margaret Gardel, propesor ng physics at molekular engineering na si Horace B. Horton, at propesor din ng pisika na si Vincenzo Vitelli at Aaron Hapunan, propesor ng kimika.

Paggamit ng mga katangian ng mga likidong kristal

Hindi tulad ng tradisyunal na likido, ang mga likidong kristal ay may isang pare-parehong molekular na kaayusan at oryentasyon na maaaring maging mga bloke ng gusali para sa mga stand-alone na materyales. Ang mga depekto sa loob ng mga kristal ay mahalagang maliliit na kapsula na maaaring kumilos bilang mga lugar para sa mga reaksyong kemikal o bilang mga daluyan ng transportasyon para sa kargamento sa isang circuit na tulad ng aparato.

Upang lumikha ng mga stand-alone na materyales na maaaring magamit sa teknolohiya, kailangan ng mga siyentista na makahanap ng isang paraan upang magawa ng mga materyal na iyon ang kanilang mga depekto sa kanilang sarili sa pamamagitan ng pagkontrol sa direksyon ng paggalaw.

Upang makagawa ng “aktibo” na mga likidong kristal, ang mga mananaliksik ay gumamit ng mga aktibong filament, pareho ng bumubuo sa cytoskeleton ng cell. Nagdagdag din sila sa mga protina ng motor, na mga protina na ginagamit ng mga biological system upang bigyan ng lakas ang mga aktibong filament. Ang mga protina na ito ay mahalagang “lumalakad” kasama ang mga filament, na nagiging sanhi ng paggalaw ng mga kristal.

“Sa gawaing ito, ipinakita namin kung paano makontrol ang mga materyal na ito, na maaaring magbukas ng daan para sa mga aplikasyon.”

—Prof. Juan de Pablo

Sa kasong ito, sa pakikipagtulungan sa isang pangkat ni Propesor Zeva Bryant mula sa Stanford University, ang mga mananaliksik ay nakabuo ng mga aktibong likidong kristal na kumakain ng mga protina na sensitibo sa ilaw, na ang aktibidad ay tataas kapag nahantad sa ilaw.

Gamit ang mga advanced na simulation ng computer ng mga modelo na binuo ni de Pablo kasama ang mga mag-aaral ng doktor na sina Rui Zhang at Ali Mazafari, hinulaan ng mga mananaliksik na maaari silang lumikha ng mga depekto at mamanipula ang mga ito sa pamamagitan ng paglikha ng mga lokal na pattern ng aktibidad sa likidong kristal.

Ang mga eksperimento na pinangunahan ni Gardel at mga kasama na sina Stephen Redford at Nitin Kumar ay nagkumpirma ng mga hula na ito. Sa partikular, sa pamamagitan ng pag-laser ng iba’t ibang mga rehiyon, ginawang mas aktibo ng mga mananaliksik ang mga rehiyon na ito, kaya’t kinokontrol ang daloy ng depekto.

Ipinakita nila kung paano lumikha ng isang instrumentong microfluidic mula rito – isang tool na ginagamit ng mga mananaliksik sa engineering, chemistry at biology upang pag-aralan ang isang maliit na halaga ng likido.

Karaniwan, ang mga nasabing aparato ay may kasamang maliit na mga silid, tunnel, at balbula; gamit ang materyal na likido na ito ay maaaring maihatid nang independyente nang walang mga sapatos na pangbabae at presyon, pagbubukas ng pinto para sa pagprogram ng mga kumplikadong pag-uugali sa mga aktibong sistema.

Ang mga natuklasan na ipinakita sa manuskrito ay mahalaga sapagkat sa ngayon ang karamihan sa pananaliksik sa mga aktibong likidong kristal ay nakatuon sa pagkilala sa kanilang pag-uugali.

“Sa gawaing ito, ipinakita namin kung paano makontrol ang mga materyal na ito, na maaaring magbukas ng daan para sa mga aplikasyon,” sabi ni de Pablo. “Mayroon na kaming isang halimbawa kung saan ang isang engine sa antas ng molekular ay ginamit upang makontrol ang paggalaw at transport sa isang scale na macroscopic.”

Lumilikha ng mga bagong aparato mula sa materyal

Ipinapakita ng katibayang ito ng konsepto na ang isang likidong kristal na sistema ay maaaring magamit sa huli bilang isang sensor o amplifier na tumutugon sa kapaligiran. Susunod, inaasahan ng mga mananaliksik na ipakita kung paano bumuo ng mga kinakailangang elemento na kinakailangan upang gawing isang circuit ang sistemang ito na may kakayahang magsagawa ng mga lohikal na operasyon tulad ng ginagawa ng mga computer.

“Alam namin na ang mga aktibong materyales na ito ay maganda at kawili-wili, ngunit ngayon alam namin kung paano manipulahin ang mga ito at gamitin ang mga ito para sa mga kagiliw-giliw na aplikasyon,” sabi ni de Pablo. “Napakainteres nito.”

Ang iba pang mga may-akda ay kasama sina Sasha Zemsky at Paul W. Ruiggrok ng Stanford. Ang gawaing nagtutulungan na ito ay tapos na salamat sa UChicago Materials Research Center. Si Gardel, Vitelli, at Dinner ay mga miyembro ng James Franco Institute.

Sanggunian: “Pagkontrol ng Spatio-temporal ng istraktura at dynamics ng mga likidong kristal na may isang sample ng aktibidad” Rui Zhang, Stephen A. Redford, Paul W. Ruiggrok, Nitin Kumar, Ali Mazafari, Sasha Zemsky, Aaron R. Dinner, Vincenzo Vitelli , Zew Bryant, Marga L. Gardel at Juan J. de Pablo, Pebrero 18, 2021, Mga likas na materyales.
DOI: 10.1038 / s41563-020-00901-4

Pagpopondo: National Science Foundation

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang lumalaking problema ng “malalim na heograpiya”

Ang maaaring mukhang isang imahe ng Tacoma ay talagang isang simulate na nilikha sa pamamagitan ng paglilipat ng mga biswal na imahe ng Beijing...

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.