Несовершенства, проходящие через жидкие кристаллы, можно использовать в качестве крошечных трубок, направляющих молекулы в определенные положения для формирования новых материалов и наноразмерных структур, утверждают инженеры из Университета Висконсин-Мэдисон. Открытие может найти применение в таких разных областях, как электроника и медицина.
«Управляя геометрией системы, мы можем направить эти каналы из любой точки в любую другую», - говорит Николас Эбботт, профессор химической и биологической инженерии из Университета Вашингтона в Мэдисоне. «Это довольно универсальный подход».
На данный момент Эбботт и его сотрудники из Центра материаловедения и инженерии UW-Madison (MRSEC) смогли собрать фосфолипиды - молекулы, которые могут образовывать слои в стенках живых клеток - внутри дефектов жидких кристаллов.
Их метод также может быть полезен для сборки металлических проводов и различных полупроводниковых структур, жизненно важных для электроники. Существует также потенциал для имитации селективных способностей мембраны, создания дефекта таким образом, чтобы один тип молекул мог пройти, а другой - нет.
«Это важное открытие, - говорит Эбботт. «Мы не ищем конкретного применения, но показываем универсальный метод изготовления, который может привести к созданию конструкций, которые вы не сможете создать никаким другим способом».
Исследователи, в том числе аспиранты UW-Madison Сяогуан Ван, Дэниел С. Миллер и Эмре Букусоглу, а также Хуан Дж. де Пабло, бывший профессор инженерии UW-Madison, ныне работающий в Чикагском университете, опубликовали подробности своего исследования. заранее на этой неделе в журнале Nature Materials.
В течение примерно 20 лет исследования Abbott изучали поверхности мягких материалов, включая жидкие кристаллы - особую фазу материи, в которой жидкоподобные материалы также демонстрируют некоторую молекулярную организацию твердых тел.
«В прошлом мы проделали большую работу на границах раздела жидких кристаллов, но теперь мы заглянем внутрь жидких кристаллов», - говорит он. «Мы изучаем, как использовать внутреннюю структуру жидких кристаллов для управления организацией молекул. Нет предшествующих примеров использования дефекта в жидком кристалле для шаблонной молекулярной организации».
Когда исследователи манипулируют геометрией жидкокристаллической системы, в результате могут возникать различные дефекты. Группа Эбботта собрала жидкие кристаллы с дефектами в форме веревок или линий, которые они назвали «дисклинациями», которые сформировали шаблоны, которые они могли заполнить амфифильными (любящими воду и жир) молекулами.
Затем они могут связать вместе сборки молекул и удалить шаблоны жидких кристаллов, оставив после себя амфифильные строительные блоки в прочной наноструктуре.
Исследование является примером того, как исследования жидких кристаллов переносят нас из мира нано в макро мир, говорит Дэн Финотелло, программный директор Национального научного фонда, который финансирует MRSEC.
«Это также прекрасная демонстрация высокой эффективности программ MRSEC», - говорит Финотелло. «MRSEC объединяет нескольких исследователей с разным опытом и дополнительными знаниями, которые затем могут продвигать науку значительно быстрее».