芝加哥大学艾米丽·艾什福德 新的研究表明，液晶的运动可以被控制和引导，这是朝着开发能够感知输入、放大信号甚至计算信息的自主材料迈出的一步
学分:凡尔杜斯科实验室/莱斯大学 能够响应环境变化而执行复杂功能的材料可以成为激动人心的新技术的基础
想象一下，植入体内的胶囊会自动释放抗体来应对病毒，暴露在危险的细菌中时会释放抗菌剂的表面，需要承受特定重量时会改变形状的材料，或者感知和捕捉空气中有毒污染物的衣服
科学家和工程师已经朝着这类自主材料迈出了第一步，他们开发了能够自行移动的“活性”材料
现在，芝加哥大学的研究人员已经迈出了下一步，展示了这种活性物质——液晶——的运动可以被利用和引导
这项概念证明的研究发表于2月16日
18发表在《自然材料》杂志上，是普罗夫斯团队三年合作的成果
芝加哥大学普利兹克分子工程学院的胡安·德·帕布鲁和玛格丽特·加尔德尔，以及物理学教授文森佐·维泰利和化学教授亚伦·晚餐
利用液晶的特性 与传统液体相比，液晶显示出均匀的分子顺序和取向，这为自主材料的构建提供了潜力
晶体中的缺陷本质上是微小的胶囊，可以作为化学反应的场所，或者作为电路状设备中货物的运输容器
为了创造可用于技术的自主材料，科学家需要找到一种方法，让这些材料在控制运动方向的同时自动推进它们的缺陷
为了制造“活性”液晶，研究人员使用了肌动蛋白细丝，这些细丝构成了细胞的细胞骨架
他们还加入了运动蛋白，这是生物系统用来在肌动蛋白丝中施加力的蛋白质
这些蛋白质基本上沿着细丝“行走”，导致晶体移动
在这种情况下，与教授小组合作
斯坦福大学的泽夫·布莱恩特说，研究人员开发了由光敏蛋白质驱动的活性液晶，当暴露在光线下时，其活性会增加
利用德·巴勃罗与博士后张睿和阿里·莫扎法里开发的模型的先进计算机模拟，研究人员预测，他们可以通过在液晶中创建局部活动模式来制造缺陷和操纵它们
由加尔德尔和博士后史蒂文·雷德福和尼廷·库马尔领导的实验证实了这些预测
具体来说，通过在不同区域照射激光，研究人员使这些区域或多或少活跃起来，从而控制缺陷的流动
然后，他们展示了如何用它来制造一种微流体装置，一种工程、化学和生物学研究人员用来分析少量液体的工具
通常这种装置包括小室、隧道和阀门；有了这样的材料，流体可以在没有泵或压力的情况下自动输送，为将复杂行为编程到主动系统打开了大门
手稿中的发现意义重大，因为到目前为止，许多关于活性液晶的研究都集中在表征它们的行为上
“在这项工作中，我们展示了如何控制这些材料，这可能为应用铺平道路，”德巴勃罗说
“我们现在有了一个例子，在这个例子中，分子级推进被用来控制宏观尺度上的运动和运输
" 用这种材料制造新设备 这个概念证明表明，液晶系统最终可以用作对环境起反应的传感器或放大器
接下来，研究人员希望展示如何构建必要的元件，使该系统成为能够像计算机一样执行逻辑运算的电路
“我们知道这些活性物质是美丽和有趣的，但现在我们知道如何操纵它们，并把它们用于有趣的应用，”德帕布罗说
“那太令人兴奋了
"
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