香港科技大学 由光图案引导的有源液晶中的自推进拓扑缺陷的模拟快照(在粉色区域照射)
学分:教授
HKUST张睿 液晶广泛应用于显示技术和光纤中
从口袋里的智能手机到大屏幕电视，液晶电视无处不在，因为这种特殊的物质状态已经在彩色肥皂泡和某些活体组织中发现
但液晶显示器绝不仅限于在小玩意或电子设备中使用
相当长一段时间以来，科学家们一直在研究创造“主动线虫”的可能性，这是一种特殊的主动线虫，由能够将化学或其他形式的能量转化为运动的自驱动单元组成
当给予适当的刺激时，科学家发现它们可以从不同的LCs产生可预测的反应，这允许设计智能的多功能材料系统，例如能够自我调节和报告病原体的存在和消除的杀菌多相系统
以前的研究表明，光的模式可以用来指导生命周期控制系统中拓扑缺陷的产生和运动，这些缺陷可以作为货物运载工具或信号发射器，进一步增强材料的响应
他们的发现发表在2021年2月18日的《自然材料》杂志上
这项工作是几个研究小组的成功合作，其中包括芝加哥大学的胡安·德·巴勃罗教授、玛格丽特·加尔德尔教授、文森佐·维泰利教授和亚伦·晚餐教授以及斯坦福大学的泽夫·布赖恩特教授
在液体中塑造明确的结构，原则上可以实现只有在固体材料中才有可能实现的功能工程
实现这一目标的现有努力常常依赖于远离平衡且难以控制的多个组件或阶段，从而限制了它们的应用
因此，将局部活性引入这种液体结构可以为广泛的应用提供机会，例如，模仿细胞的行为
然而，操纵这些嵌入或雕刻的结构仍然是困难的
由于潜在的局部分子取向场，液晶中的拓扑缺陷代表稳定的非均匀结构，这可能允许将柔性结构嵌入到液体介质中
“主动LCs是一个新生领域，许多现象仍有待阐明和应用，”教授说
HKUST物理系助理教授张睿是这项研究的合著者之一
“我们的研究调查了不同的活性液相色谱系统，包括自然系统，如细胞集落、生物聚合物和细菌，以及模拟生物物质中适应性和自主行为的合成系统
" 这项研究最近发表在《自然评论·材料》杂志上，揭示了不同类型的有源液晶系统都表现出惊人的相似性，但更重要的是，这些系统表现出对环境的高度敏感性，例如界面事件，这使得它们在广泛的应用中具有潜在的可编程性和自主性
“对界面事件的敏感性，如温度梯度和流体动力流动，可用于检测离子种类、气体、毒素和细菌，”张指出
“通过设计相应的界面，我们可以赋予这些液相色谱系统短暂的活性，这将使这些自推进液相色谱成为微反应器设计和靶向药物输送等应用的潜在候选
" “我们知道这些活性物质美丽而有趣，但现在我们知道如何操纵它们，并将它们用于有趣的应用，”芝加哥大学副校长兼分子工程教授胡安·德·帕布鲁教授说，他也是该研究的作者之一
“那很有希望
" “活性材料很有前途，因为它们不需要实时通信、人工干预和外部电源，”张说
未来，张集团将继续与芝加哥集团合作，探索通过这些活性液晶进行逻辑运算的可能性，这可能导致一种可应用的自主材料，该材料可以基于它们的计算进行计算并采取必要的行动
“随着这种智能材料的实现，我们不必阅读药物手册，胶囊将决定在您体内释放多少剂量；或者你的窗户可以决定它的颜色，甚至在包括停电在内的灾难性事件中是否打开
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