Peneliti Merancang Model dalam Kristal Cair Self-Propelled

Penelitian baru menunjukkan bahwa pergerakan dalam kristal cair dapat dimanfaatkan dan diarahkan, sebuah langkah menuju pengembangan bahan otonom yang dapat merasakan masukan, memperkuat sinyal, dan bahkan menghitung informasi. Kredit: Gambar milik Green Laboratory / Rice University

Penemuan revolusioner dapat membuka jalan bagi aplikasi baru kristal cair.

Bahan yang mampu melakukan fungsi kompleks dalam menanggapi perubahan lingkungan dapat menjadi dasar untuk teknologi baru yang menarik. Bayangkan kapsul yang ditanamkan di tubuh Anda yang secara otomatis melepaskan antibodi sebagai respons terhadap virus, permukaan yang melepaskan agen antibakteri saat terpapar bakteri berbahaya, bahan yang menyesuaikan dengan bentuknya saat perlu menopang beban tertentu, atau pakaian. yang merasakan dan memahami kontaminan beracun dari udara.

Ilmuwan dan insinyur telah mengambil langkah pertama menuju jenis bahan otonom ini dengan mengembangkan bahan “aktif” yang memiliki kemampuan untuk bergerak sendiri. Sekarang, para peneliti di Universitas Chicago mereka telah mengambil langkah berikutnya dengan mendemonstrasikan bahwa gerakan pada bahan aktif semacam itu – kristal cair – dapat dieksploitasi dan diarahkan.

Bukti penelitian konsep ini, diterbitkan pada 18 Februari 2021, di jurnal Bahan Alam, adalah hasil kerja sama selama tiga tahun oleh kelompok Juan de Pablo, Profesor Teknik Molekuler Keluarga Liew, dan Margaret Gardel, Profesor Fisika dan Teknik Molekuler Horace B.Horton, dengan Vincenzo Vitelli, Profesor Fisika, dan Aaron Makan malam, profesor kimia.

Memanfaatkan sifat kristal cair

Berbeda dengan cairan tradisional, kristal cair menyajikan urutan dan orientasi molekul seragam yang menawarkan potensi sebagai bahan penyusun bahan otonom. Cacat pada kristal pada dasarnya adalah kapsul kecil yang dapat bertindak sebagai tempat terjadinya reaksi kimia atau sebagai wadah pengangkut untuk pengisian daya di perangkat yang mirip dengan sirkuit.

Untuk membuat bahan otonom yang dapat digunakan dalam teknologi, para ilmuwan perlu menemukan cara agar bahan tersebut dapat mendorong sendiri kekurangannya sambil mengontrol arah pergerakan.

Untuk membuat kristal cair “aktif”, para peneliti menggunakan filamen aktin, filamen yang sama yang membentuk sitoskeleton sel. Mereka juga ditambahkan dalam protein motorik, yang merupakan protein yang digunakan sistem biologis untuk mengerahkan kekuatan pada filamen aktin. Protein ini pada dasarnya “berjalan” di sepanjang filamen, menyebabkan kristal bergerak.

“Dalam pekerjaan ini kami telah mendemonstrasikan bagaimana mengontrol bahan-bahan ini, yang dapat membuka jalan untuk aplikasi.”

—Prof. Juan de Pablo

Dalam hal ini, bekerja sama dengan tim Profesor Zev Bryant di Stanford University, para peneliti telah mengembangkan kristal cair aktif yang ditenagai oleh protein peka cahaya, yang aktivitasnya meningkat saat terkena cahaya.

Dengan menggunakan simulasi komputer canggih dari model yang dikembangkan oleh de Pablo dengan rekan postdoctoral Rui Zhang dan Ali Mozaffari, para peneliti memperkirakan bahwa mereka dapat membuat kekurangan dan memanipulasinya dengan membuat model aktivitas lokal dalam kristal cair.

Eksperimen yang dipimpin oleh Gardel dan rekan postdoctoral Steven Redford dan Nitin Kumar mengkonfirmasi prediksi ini. Secara khusus, dengan menyinari laser di berbagai wilayah, para peneliti membuat wilayah tersebut lebih atau kurang aktif, sehingga mengontrol aliran kerusakan.

Mereka kemudian mendemonstrasikan bagaimana ini dapat digunakan untuk membuat perangkat mikrofluida, alat yang digunakan para peneliti di bidang teknik, kimia, dan biologi untuk menganalisis sejumlah kecil cairan.

Biasanya, perangkat semacam itu termasuk ruang kecil, terowongan, dan katup; dengan bahan seperti ini, fluida dapat diangkut secara mandiri tanpa pompa atau tekanan, membuka pintu untuk memprogram perilaku kompleks dalam sistem aktif.

Penemuan yang disajikan dalam manuskrip ini penting karena, hingga saat ini, banyak penelitian tentang kristal cair aktif difokuskan pada karakterisasi perilaku mereka.

“Dalam pekerjaan ini kami telah belajar bagaimana mengontrol bahan-bahan ini, yang dapat membuka jalan bagi aplikasi,” kata Pablo. “Kami sekarang memiliki contoh di mana propulsi tingkat molekuler telah dieksploitasi untuk mengontrol pergerakan dan transportasi pada skala makroskopis.”

Penciptaan perangkat baru dari materi

Bukti konsep ini menunjukkan bahwa sistem kristal cair pada akhirnya dapat digunakan sebagai sensor atau penguat yang bereaksi terhadap lingkungan. Selanjutnya, para peneliti berharap dapat mendemonstrasikan bagaimana membangun elemen yang diperlukan untuk mengubah sistem ini menjadi sirkuit yang mampu melakukan operasi logis dengan cara yang sama seperti komputer.

“Kami tahu bahwa bahan aktif ini indah dan menarik, tapi sekarang kami tahu bagaimana menangani dan menggunakannya untuk aplikasi yang menarik,” kata de Pablo. “Ini sangat menarik.”

Penulis lain di atas kertas termasuk Sasha Zemsky dan Paul V. Ruijgrok dari Stanford. Upaya kolaboratif ini difasilitasi oleh UChicago Center for Material Science and Engineering Research. Gardel, Vitelli dan Makan Malam adalah anggota dari James Franck Institute.

Referensi: “Kontrol spasial-temporal struktur kristal cair dan dinamika melalui skema aktivitas” oleh Rui Zhang, Steven A. Redford, Paul V. Ruijgrok, Nitin Kumar, Ali Mozaffari, Sasha Zemsky, Aaron R. Dinner, Vincenzo Calves, Zev Bryant, Margaret L. Gardel dan Juan J. de Pablo, 18 Februari 2021, Bahan Alam.
DOI: 10.1038 / s41563-020-00901-4

Pendanaan: National Science Foundation

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

36 galaksi kerdil secara bersamaan memiliki “baby boom” bintang baru

Penemuan tak terduga Rutgers menantang teori modern tentang bagaimana galaksi tumbuh, dan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta. Penulis: Universitas Rutgers-New Brunswick Sungguh...

Banyak pasien dengan COVID-19 menghasilkan respons imun yang menyerang jaringan dan organ mereka sendiri.

Sebuah studi yang dipimpin oleh University of Birmingham, yang didanai oleh Konsorsium Imunologi Coronavirus Inggris, menemukan bahwa banyak pasien dengan COVID-19 menimbulkan respons kekebalan...

Sains mudah dibuat: apa itu neutrino steril?

Neutrino steril adalah jenis neutrino khusus yang telah diusulkan untuk menjelaskan beberapa hasil eksperimen yang tidak terduga, tetapi belum ditemukan secara pasti. Para...

Kekeringan jangka panjang mengambil alih AS bagian barat – Tanah dan tanaman berjatuhan

5 Juni 2021 Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda sebagian besar wilayah Amerika Serikat dari Pegunungan Rocky hingga Pantai Pasifik. Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda...

Energi matahari dan angin dapat meredakan konflik di sekitar bendungan Renaisans Ethiopia di timur laut Afrika

Megaplatinum terletak di Ethiopia, dekat perbatasan dengan Sudan. Ini adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di Afrika. Penulis: © Google Sebuah studi baru...

Newsletter

Subscribe to stay updated.