Los cristales líquidos (LC) se utilizan ampliamente en tecnología de visualización y fibras ópticas. Desde teléfonos inteligentes en sus bolsillos hasta televisores de pantalla grande, Los LC están en todas partes, ya que este estado especial de la materia se ha encontrado en pompas de jabón de colores así como en ciertos tejidos vivos.

Pero los LC no se limitan de ninguna manera a su uso en dispositivos o dispositivos electrónicos. Por algun tiempo, Los científicos han estado estudiando la posibilidad de crear "nemáticos activos, "una clase particular de LC activas, que constan de unidades autónomas capaces de convertir energía química o de otro tipo en movimiento. Cuando se administran los estímulos adecuados, Los científicos han descubierto que pueden generar una respuesta predecible de diferentes LC, que permite el diseño de inteligentes, sistemas de materiales multifuncionales, tales como sistemas multifásicos que matan bacterias capaces de autorregularse y reportar la presencia y eliminación de patógenos. Estudios anteriores han demostrado que los patrones de luz se pueden aprovechar para dirigir la creación y el movimiento de defectos topológicos en LC, que podrían servir como transportadores de carga o transmisores de señales que mejoran aún más la respuesta del material.

Sus hallazgos fueron publicados en la revista Materiales de la naturaleza el 18 de febrero 2021. El trabajo fue una colaboración exitosa entre varios grupos de investigación, incluidos los profesores Juan de Pablo, Margaret Gardel, Vincenzo Vitelli y Aaron Dinner de la Universidad de Chicago y el profesor Zev Bryant de la Universidad de Stanford.

Esculpir estructuras bien definidas en líquidos podría, en principio, permitir la ingeniería de funcionalidades que de otro modo solo serían posibles en materiales sólidos. Los esfuerzos existentes hacia este objetivo a menudo se basan en múltiples componentes o fases que están lejos del equilibrio y son difíciles de controlar. limitando así su aplicación.

La introducción de actividad local en estructuras tan líquidas podría, por tanto, abrir oportunidades para una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo, imitando el comportamiento de las células. Sin embargo, manipular estas estructuras incrustadas o esculpidas sigue siendo difícil. Gracias al campo de orientación molecular local subyacente, Los defectos topológicos en las LC representan estructuras no homogéneas estables, lo que puede permitir la incrustación de estructuras flexibles en un medio líquido.

"Las LC activas son un campo incipiente, y quedan muchos fenómenos por dilucidar y aplicar, "dijo el profesor Zhang Rui, Profesor adjunto del Departamento de Física, HKUST, quien es uno de los coautores de la investigación. "Nuestro estudio investigó diferentes sistemas LC activos, incluidos los sistemas naturales, como colonias de células, biopolímeros y bacterias, así como sistemas sintéticos, que imitan los comportamientos adaptativos y autónomos que se encuentran en la materia viva ".

El estudio, que fue publicado recientemente en Materiales de Nature Reviews , revela que los distintos tipos de sistemas LC activos exhiben sorprendentes similitudes entre sí, pero, más importante, estos sistemas exhiben una alta sensibilidad al medio ambiente, como eventos interfaciales, lo que los hace potencialmente programables y autónomos para una amplia gama de aplicaciones.

"La sensibilidad a los eventos interfaciales, como gradientes de temperatura y flujos hidrodinámicos, puede explotarse para la detección de especies iónicas, gases, toxinas, y bacterias, "señaló Zhang." Al diseñar las interfaces correspondientes, podemos impartir una actividad transitoria a estos sistemas LC, lo que convertiría a estas LC autopropulsadas en un candidato potencial para aplicaciones como el diseño de microrreactores y la administración de fármacos dirigida ".

"Sabíamos que estos materiales activos eran hermosos e interesantes, pero ahora sabemos cómo manipularlos y usarlos para aplicaciones interesantes, "dice el profesor Juan de Pablo, el vicepresidente y profesor de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago, dijo un autor correspondiente del estudio. "Eso es muy prometedor".

"Los materiales activos son prometedores en el sentido de que no necesitan comunicaciones en tiempo real, Intervención humana, y fuente de alimentación externa, "dice Zhang. En el futuro, El grupo Zhang seguirá colaborando con el grupo de Chicago para explorar la posibilidad de operaciones lógicas a través de estos cristales líquidos activos, lo que podría conducir a un material autónomo aplicable que pueda calcular y tomar las acciones necesarias en función de sus cálculos. "Con la realización de materiales tan inteligentes, no tenemos que leer el manual de un medicamento, y la cápsula decidiría la cantidad de dosis que se liberará dentro de su cuerpo; o su ventana puede decidir su color y si se abrirá incluso en un evento catastrófico, incluido un apagón eléctrico, "dice Zhang.