Los cristales líquidos se utilizan ampliamente en tecnologías como pantallas, que manipulan su orientación para mostrar colores en todo el espectro.

En exhibiciones tradicionales, Los cristales líquidos son estacionarios y uniformes. libre de defectos. Pero esa quietud se puede alterar agregando bacterias a los cristales, creando lo que los científicos e ingenieros llaman "cristales líquidos vivos":materiales que pueden actuar de forma autónoma. Mientras las bacterias nadan alrededor del cristal líquido, generan "defectos" que pueden utilizarse con fines de ingeniería.

Investigadores de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago, junto con colegas del Laboratorio Nacional Argonne afiliado a UChicago, han mostrado cómo este material se vuelve activo y desordenado a través de este proceso, creando patrones florales a partir de las inestabilidades de flexión que eventualmente conducen a la creación de defectos. Pero los resultados no son solo estéticos:son un paso importante hacia la comprensión de cómo controlar en última instancia este material para las tecnologías emergentes que dependen de la formación de defectos.

"La génesis de estas inestabilidades ha sido un tema de considerable debate, y ahora entendemos realmente cómo funciona este proceso, lo que finalmente conducirá a controlar cómo se comporta este material, "dijo Juan de Pablo, el profesor de la familia Liew en Ingeniería Molecular y coautor de la investigación, publicado recientemente en la revista Revisión física X .

Comprender la formación de patrones

Los cristales líquidos vivos son un ejemplo de materiales que pueden actuar por sí mismos. En naturaleza, estos materiales son responsables de la motilidad de las células. Las proteínas dentro de las células "caminan" a lo largo de la superficie de las moléculas de polímero y ejercen una fuerza que provoca el desplazamiento y el movimiento.

"Hay mucho interés en estos materiales porque son complejos, hermosa y relevante, "dijo de Pablo, vicepresidente de laboratorios nacionales. "Pero queremos entender cómo se generan el movimiento y el transporte dentro de ellos".

En el laboratorio, una forma de crear un material autónomo como este es combinar un cristal líquido con bacterias, que luego causan desorden entre los cristales líquidos cuando se mueven.

Para estudiar cómo se activa el material, los investigadores combinaron bacterias nadadoras con un cristal líquido en dos formatos:cerca de la superficie inferior de una gota suspendida de una aguja unida a un portaobjetos de vidrio, y en una fina, película independiente.

Aunque las bacterias y el cristal líquido se alinearon inicialmente a través de un campo magnético, cuando el campo estaba apagado, las bacterias comenzaron a moverse por sí mismas, resultando en "inestabilidades de flexión". Estas inestabilidades parecían pétalos de una flor o ramas que irradiaban desde un árbol. El número de ramas fue controlado por la actividad de las bacterias.

"Las inestabilidades se hicieron cada vez más prominentes a medida que avanza el tiempo, hasta que el sistema finalmente se vuelva completamente desordenado, "dijo de Pablo.

A través de estos experimentos y simulaciones computacionales, los investigadores descubrieron cómo se forman estas inestabilidades a través de la deformación y la geometría, y por lo tanto desarrolló un método para crear y posicionar las inestabilidades de curvatura.

Control de cristales para tecnologías futuras

Los investigadores esperan utilizar esta información para poder controlar completamente estos cristales líquidos vivos. Eso les permitiría eventualmente crear un nuevo tipo de dispositivo de microfluidos que transporta fluidos de forma autónoma sin bombas ni presión. o crear sistemas sintéticos que se asemejen a las células y que puedan moverse de forma autónoma de un lugar a otro.

"Tenemos una posibilidad real de controlar estos materiales y utilizarlos para nuevas tecnologías interesantes, "dijo de Pablo.