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液晶(Liquid crystal)是處于液態和晶體態之間的一種物質的過渡態,是有別于液體和晶體的一種獨立的物質形態,處于液晶態的物質既具有液體的流動性和連續性,又部分具有晶體分子的有序性和光學各向異性,從而形成在物質性質上呈現各向異性的流體。 跟傳統液體不同的是,液晶顯示出統一的分子順序和取向,這為自主材料的構建提供了潛力。晶體內部的缺陷本質則是微小的膠囊,它可以作為化學反應的場所或在類似電路的裝置中作為貨物的運輸容器。
為了創造可用于技術領域的自主材料,科學家們往往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。現在,芝加哥大學的研究人員就找到了這樣的方法,使液晶的運動得以被控制和引導。 為了制造“活性”液晶,研究人員使用了構成細胞骨架的肌動蛋白絲。另外,他們還加入了運動蛋白,這是一種生物系統用來在肌動蛋白絲中發揮力量的蛋白質。這些蛋白質基本會沿著纖維“行走”從而讓晶體發生移動。 事實上,液晶態物質普遍存在于生物體內。生物體內的四大有機化合物——蛋白質、核酸、脂類、多糖等的分子鏈上多有苯環和能夠形成氫鍵的極性基團及不對稱原子,具備形成液晶態的條件,可以形成溶致型液晶。探索這些有機生物大分子的液晶行為,是近年來研究的熱點。 基于此,研究人員還聯合跟斯坦福大的團隊合作開發了由光敏蛋白驅動的活性液晶,這種蛋白在光照下活性增強,并通過計算機模擬模型預測他們可能制造的缺陷并在液晶中創造局部活動模式來操縱它們。 在最后的驗證中,研究人員展示了如何將其用于制造微流體設備,并展示了如何控制這些材料。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,進而為將復雜的行為編程到主動系統打開大門。 |