Influencia de la plantilla LC en la morfología y organización de las nanofibras. (A a D) La columna de la izquierda muestra micrografías ópticas (vista superior, polares cruzados) de plantillas LC; Los recuadros son ilustraciones esquemáticas (vista lateral) de orden molecular dentro de las plantillas de LC. Las dos columnas de la derecha muestran imágenes SEM de nanofibras creadas a partir de las LC. (A) Película nemática de E7 con anclaje híbrido y nanofibras en forma de plátano resultantes. (B) Película orientada homeotrópicamente de una fase LC esméctica A y las nanoestructuras poliméricas resultantes. (C) Micrografía que muestra la fase de LC colestérica de E7 dopado con un dopante quiral para zurdos (S-811). Las imágenes SEM en las columnas central y derecha muestran nanofibras con plantilla de E7 que contienen dopantes para zurdos (S-811) y diestros (R-811). respectivamente. Las flechas negras y azules en el recuadro indican el eje helicoidal y la orientación del giro, respectivamente. (D) fase azul LC (BP1) con un espaciado de celosía cúbica de ~ 250 nm y la nanoestructura polimérica resultante. El recuadro en la columna de la extrema derecha muestra un paquete de nanofibras helicoidales. Crédito: Ciencias (2018). DOI:10.1126 / science.aar8449
Inspirado en las extraordinarias características de la piel de oso polar, hojas de loto y pies de gecko, Los investigadores de ingeniería han desarrollado una nueva forma de hacer matrices de nanofibras que podrían traernos recubrimientos pegajosos. repelente aislante o emisor de luz, entre otras posibilidades.
"Esto está tan alejado de cualquier cosa que haya visto que hubiera pensado que era imposible, "dijo Joerg Lahann, profesor de ingeniería química en la Universidad de Michigan y autor principal del estudio en la revista Ciencias .
Investigadores de la U-M y la Universidad de Wisconsin hicieron el descubrimiento algo fortuito, que reveló un método nuevo y poderoso para hacer matrices de fibras que son cientos de veces más delgadas que un cabello humano.
Los pelos de los osos polares están estructurados para dejar entrar la luz y evitar que se escape el calor. Las hojas de loto repelentes al agua están recubiertas con matrices de túbulos cerosos microscópicos. Y los pelos a nanoescala en la parte inferior de los pies de gecko que desafían la gravedad se acercan tanto a otras superficies que entran en juego las fuerzas atómicas de atracción. Los investigadores que buscan imitar estos superpoderes y más han necesitado una forma de crear las minúsculas matrices que hacen el trabajo.
"Fundamentalmente, esta es una forma completamente diferente de hacer matrices de nanofibras, "Dijo Lahann.
Los investigadores han demostrado que sus nanofibras repelen el agua como hojas de loto. Crecieron fibras rectas y curvas y probaron cómo se unían como velcro, encontrando que las fibras retorcidas en sentido horario y antihorario se unían más estrechamente que dos conjuntos de fibras rectas.
También experimentaron con propiedades ópticas, haciendo un material que brillaba. Creen que será posible hacer una estructura que funcione como la piel de un oso polar, con fibras individuales estructuradas para canalizar la luz.
Pero las alfombras moleculares no eran el plan original. El grupo de Lahann estaba trabajando con el de Nicholas Abbott, en ese momento profesor de ingeniería química en UW-Madison, para poner películas delgadas de moléculas en forma de cadena, llamados polímeros, encima de los cristales líquidos. Los cristales líquidos son más conocidos por su uso en pantallas como televisores y pantallas de computadora. Intentaban hacer sensores que pudieran detectar moléculas individuales.
Lahann aportó su experiencia en la producción de películas delgadas, mientras que Abbott dirigió el diseño y la producción de cristales líquidos. En experimentos típicos, El grupo de Lahann evapora los eslabones individuales de la cadena y los induce a condensarse en las superficies. Pero las películas delgadas de polímero a veces no se materializaron como se esperaba.
"El descubrimiento refuerza mi opinión de que los mejores avances en ciencia e ingeniería ocurren cuando las cosas no salen según lo planeado, "Dijo Abbott." Solo tienes que estar alerta y ver los experimentos fallidos como oportunidades ".
En lugar de cubrir la parte superior del cristal líquido, los eslabones se deslizaron en el fluido y se conectaron entre sí en el portaobjetos de vidrio. El cristal líquido luego guió las formas de las nanofibras que crecen desde la parte inferior, creando alfombras a nanoescala.
"Un cristal líquido es un fluido relativamente desordenado, sin embargo, puede moldear la formación de nanofibras con longitudes y diámetros notablemente bien definidos, "Dijo Abbott.
Y no solo hicieron hebras rectas. Dependiendo del cristal líquido, podrían generar fibras curvas, como plátanos microscópicos o escaleras.
"Tenemos mucho control sobre la química, el tipo de fibras, la arquitectura de las fibras y cómo las depositamos, ", Dijo Lahann." Esto realmente agrega mucha complejidad a la forma en que podemos diseñar superficies ahora; no solo con películas delgadas de dos dimensiones, sino en tres dimensiones ".
El estudio se titula "Síntesis de nanofibras con plantilla a través de la polimerización de vapor químico en películas de cristal líquido".
