Les cristaux liquides (LC) sont largement déployés dans la technologie d'affichage et les fibres optiques. Des smartphones dans vos poches aux téléviseurs grand écran, Les LC sont partout, car cet état particulier de la matière a été retrouvé dans des bulles de savon colorées ainsi que dans certains tissus vivants.

Mais les LC ne sont en aucun cas limités à une utilisation dans des gadgets ou des appareils électroniques. Pour un certain temps, les scientifiques étudient la possibilité de créer des « nématiques actifs, " une classe particulière de LC actives, qui se composent d'unités autonomes capables de convertir l'énergie chimique ou d'autres formes d'énergie en mouvement. Lorsqu'il est administré les stimuli appropriés, les scientifiques ont découvert qu'ils peuvent générer une réponse prévisible à partir de différents LC, qui permet la conception de smart, systèmes de matériaux multifonctionnels, tels que des systèmes multiphasiques tueurs de bactéries capables de s'autoréguler et de signaler la présence et l'élimination des agents pathogènes. Des études antérieures ont démontré que les motifs lumineux peuvent être exploités pour diriger la création et le mouvement de défauts topologiques dans les LC, qui pourraient servir de transporteurs de fret ou d'émetteurs de signaux qui améliorent encore la réponse du matériel.

Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Matériaux naturels le 18 février, 2021. Le travail a été une collaboration fructueuse entre plusieurs groupes de recherche, dont les professeurs Juan de Pablo, Marguerite Gardel, Vincenzo Vitelli et Aaron Dinner de l'Université de Chicago et le professeur Zev Bryant de l'Université de Stanford.

Sculpter des structures bien définies dans des liquides pourrait en principe permettre l'ingénierie de fonctionnalités qui ne seraient autrement possibles que dans des matériaux solides. Les efforts existants vers cet objectif reposent souvent sur de multiples composants ou phases qui sont loin de l'équilibre et difficiles à contrôler, limitant ainsi leur application.

L'introduction d'une activité locale dans de telles structures liquides pourrait donc ouvrir des opportunités pour un large éventail d'applications, par exemple, imitant le comportement des cellules. Cependant, la manipulation de ces structures encastrées ou sculptées reste difficile. Grâce au champ d'orientation moléculaire local sous-jacent, les défauts topologiques dans les CL représentent des structures inhomogènes stables, qui peut permettre l'encastrement de structures souples dans un milieu liquide.

« Les LC actives sont un domaine naissant, et de nombreux phénomènes restent à élucider et à appliquer, " a déclaré le professeur Zhang Rui, Professeur adjoint au Département de physique, HKUST, qui est l'un des co-auteurs de la recherche. "Notre étude a porté sur différents systèmes LC actifs, y compris les systèmes naturels, telles que les colonies cellulaires, biopolymères et bactéries, ainsi que des systèmes synthétiques, qui imitent les comportements adaptatifs et autonomes trouvés dans la matière vivante."

L'étude, qui a été récemment publié dans Nature Avis Matériaux , révèle que des types distincts de systèmes LC actifs présentent tous des similitudes frappantes les uns avec les autres mais, plus important, ces systèmes présentent une grande sensibilité à l'environnement, tels que les événements interfaciaux, ce qui les rend potentiellement programmables et autonomes pour une large gamme d'applications.

« La sensibilité aux événements interfaciaux, tels que les gradients de température et les écoulements hydrodynamiques, exploitable pour la détection d'espèces ioniques, des gaz, toxines, et les bactéries, " a noté Zhang. " En concevant les interfaces correspondantes, on peut conférer une activité transitoire à ces systèmes LC, ce qui ferait de ces LC automotrices un candidat potentiel pour des applications telles que la conception de microréacteurs et l'administration ciblée de médicaments. »

"Nous savions que ces matières actives étaient belles et intéressantes, mais maintenant nous savons comment les manipuler et les utiliser pour des applications intéressantes, " dit le professeur Juan de Pablo, le vice-président et professeur de génie moléculaire de l'Université de Chicago, a déclaré un auteur correspondant de l'étude. "C'est très prometteur."

« Les matériaux actifs sont prometteurs dans le sens où ils n'ont pas besoin de communications en temps réel, intervention humaine, et alimentation externe, " dit Zhang. À l'avenir, Le groupe Zhang continuera à collaborer avec le groupe de Chicago pour explorer la possibilité d'opérations logiques à travers ces cristaux liquides actifs, ce qui pourrait conduire à un matériau autonome applicable qui peut calculer et prendre les mesures nécessaires en fonction de leurs calculs. "Avec la réalisation de ces matériaux intelligents, nous n'avons pas à lire le manuel d'un médicament, et la capsule déciderait de la dose à libérer à l'intérieur de votre corps ; ou votre fenêtre peut décider de sa couleur et de son ouverture même en cas d'événement catastrophique incluant une panne d'électricité, " dit Zhang.