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    En un paso hacia materiales autónomos, Los investigadores diseñan patrones en cristales líquidos autopropulsados.

    Una nueva investigación muestra que el movimiento en los cristales líquidos se puede aprovechar y dirigir, un paso hacia el desarrollo de materiales autónomos que puedan detectar entradas, amplificar señales, e incluso computar información. Crédito:Laboratorio Verduzco / Universidad Rice

    Los materiales capaces de realizar funciones complejas en respuesta a los cambios en el medio ambiente podrían constituir la base de nuevas y emocionantes tecnologías. Piense en una cápsula implantada en su cuerpo que libera automáticamente anticuerpos en respuesta a un virus, una superficie que libera un agente antibacteriano cuando se expone a bacterias peligrosas, un material que adapta su forma cuando necesita soportar un peso determinado, o ropa que detecte y capture los contaminantes tóxicos del aire.

    Los científicos e ingenieros ya han dado el primer paso hacia este tipo de materiales autónomos al desarrollar materiales "activos" que tienen la capacidad de moverse por sí mismos. Ahora, Los investigadores de la Universidad de Chicago han dado el siguiente paso al demostrar que el movimiento en uno de esos materiales activos, los cristales líquidos, se puede aprovechar y dirigir.

    Esta investigación de prueba de concepto, publicado el 18 de febrero en la revista Materiales de la naturaleza , es el resultado de tres años de trabajo colaborativo de los grupos de Profs. Juan de Pablo y Margaret Gardel en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago, junto con Vincenzo Vitelli, profesor de física, y Aaron Dinner, profesor de química.

    Aprovechando las propiedades de los cristales líquidos

    A diferencia de los líquidos tradicionales, Los cristales líquidos exhiben un orden molecular uniforme y una orientación que ofrecen potencial como bloques de construcción para materiales autónomos. Los defectos dentro de los cristales son esencialmente pequeñas cápsulas que podrían actuar como sitios para reacciones químicas o como recipientes de transporte para carga en un dispositivo similar a un circuito.

    Para crear materiales autónomos que se puedan utilizar en tecnologías, los científicos necesitaban encontrar una manera de que estos materiales autopropulsaran sus defectos mientras controlaban la dirección del movimiento.

    Para hacer cristales líquidos "activos", los investigadores utilizaron filamentos de actina, los mismos filamentos que constituyen el citoesqueleto de una célula. También agregaron proteínas motoras, que son las proteínas que utilizan los sistemas biológicos para ejercer fuerza en los filamentos de actina. Estas proteínas esencialmente "caminan" a lo largo de los filamentos, haciendo que los cristales se muevan.

    En este caso, en colaboración con el grupo del Prof. Zev Bryant de la Universidad de Stanford, los investigadores desarrollaron cristales líquidos activos alimentados por proteínas sensibles a la luz, cuya actividad aumenta cuando se expone a la luz.

    Usando simulaciones por computadora avanzadas de modelos desarrollados por de Pablo con los becarios postdoctorales Rui Zhang y Ali Mozaffari, los investigadores predijeron que podrían crear defectos y manipularlos creando patrones locales de actividad en un cristal líquido.

    Los experimentos dirigidos por Gardel y los becarios postdoctorales Steven Redford y Nitin Kumar confirmaron estas predicciones. Específicamente, al hacer brillar un láser en diferentes regiones, los investigadores hicieron que esas regiones fueran más o menos activas, controlando así el flujo del defecto.

    Luego mostraron cómo esto podría usarse para crear un dispositivo de microfluidos, una herramienta que los investigadores en ingeniería, química, y biología para analizar pequeñas cantidades de líquidos.

    Por lo general, estos dispositivos incluyen cámaras diminutas, túneles y válvulas; con un material como este, los fluidos se pueden transportar de forma autónoma sin bombas ni presión, abriendo la puerta para programar comportamientos complejos en sistemas activos.

    Los descubrimientos presentados en el manuscrito son importantes porque, hasta ahora, gran parte de la investigación sobre cristales líquidos activos se ha centrado en caracterizar su comportamiento.

    "En este trabajo hemos mostrado cómo controlar estos materiales, que podría allanar el camino para las aplicaciones, ", dijo de Pablo." Ahora tenemos un ejemplo en el que la propulsión a nivel molecular se ha aprovechado para controlar el movimiento y el transporte sobre escalas macroscópicas ".

    Creando nuevos dispositivos a partir del material.

    Esta prueba de concepto muestra que un sistema de cristales líquidos podría utilizarse en última instancia como sensor o amplificador que reacciona al medio ambiente. Próximo, los investigadores esperan demostrar cómo construir los elementos necesarios para convertir este sistema en un circuito capaz de realizar operaciones lógicas de la misma manera que lo hacen las computadoras.

    "Sabíamos que estos materiales activos eran hermosos e interesantes, pero ahora sabemos cómo manipularlos y usarlos para aplicaciones interesantes, "dijo de Pablo." Eso es muy emocionante ".


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