據(jù)悉，該概念驗證研究已于2021年2月18日發(fā)表在《Nature Materials》上。這一研究則是分子工程教授Juan de Pablo、物理與分子工程教授Margaret Gardel、物理學(xué)教授Vincenzo Vitelli及化學(xué)教授Aaron Dinner協(xié)作三年的成果。
跟傳統(tǒng)液體不同的是，液晶顯示出統(tǒng)一的分子順序和取向，這為自主材料的構(gòu)建提供了潛力。晶體內(nèi)部的缺陷本質(zhì)則是微小的膠囊，它可以作為化學(xué)反應(yīng)的場所或在類似電路的裝置中作為貨物的運輸容器。
為了創(chuàng)造可用于技術(shù)領(lǐng)域的自主材料，科學(xué)家們需要找到一種方法讓這些材料能在控制運動方向的同時自我推動自己的缺陷。
而為了制造“活性”液晶，研究人員使用了構(gòu)成細胞骨架的肌動蛋白絲。另外他們還加入了運動蛋白，這是一種生物系統(tǒng)用來在肌動蛋白絲中發(fā)揮力量的蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)基本會沿著纖維“行走”從而讓晶體發(fā)生移動。
在這種情況下，研究人員跟斯坦福大學(xué)Zev Bryant教授的團隊合作開發(fā)了由光敏蛋白驅(qū)動的活性液晶，這種蛋白在光照下活性增強。
研究人員通過利用de Pablo和博士后研究員Rui Zhang和Ali Mozaffari開發(fā)的先進計算機模擬模型預(yù)測他們可以制造缺陷并通過在液晶中創(chuàng)造局部活動模式來操縱它們。
Gardel和博士后Steven Redford、Nitin Kumar領(lǐng)導(dǎo)的實驗則證實了這些預(yù)測。具體來說，研究人員通過將激光照射到不同的區(qū)域進而使這些區(qū)域或多或少地活躍起來以此來控制缺陷的流動。
之后，他們展示了如何將其用于制造微流體設(shè)備，這是一種工程、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的研究人員用來分析少量液體的工具。
通常情況下，這些裝置包括微小的腔室、隧道和閥門，有了這樣的材料，流體就可以在沒有泵或壓力的情況下自動傳輸進而為將復(fù)雜的行為編程到主動系統(tǒng)打開了大門。
這一研究的發(fā)現(xiàn)意義重大，因為截止到目前很多關(guān)于活性液晶的研究都集中在表征它們的行為上。
de Pablo說道：“在這項工作中，我們已經(jīng)展示了如何控制這些材料，這將為應(yīng)用鋪平道路。我們現(xiàn)在有一個例子，即利用分子水平的推進來控制宏觀尺度上的運動和運輸。”
這一概念驗證表明，液晶系統(tǒng)最終可以用作傳感器或放大器從而對環(huán)境做出反應(yīng)。接下來，研究人員希望演示如何構(gòu)建必要元件使這個系統(tǒng)成為能像計算機那樣執(zhí)行邏輯操作的電路。
de Pablo稱：“我們知道這些活性材料非常漂亮、非常有趣，但現(xiàn)在我們知道如何操縱它們并將它們用于有趣的應(yīng)用。這是非常令人興奮的。”
