Les cristaux liquides, tout comme ceux qui forment ces mots sur les écrans d'ordinateur, pourraient être réglés pour combattre les bactéries ou saborder l'électronique compromise en réagissant aux changements subtils de leur environnement avec de minuscules, doses mesurées de liquide ou de solide.

Des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison ont développé des films et des gouttelettes à cristaux liquides qui peuvent contenir une large gamme de "micro-cargos" jusqu'à ce que leur libération soit déclenchée par la chaleur corporelle ou un faisceau de lumière ou même le sillage de micro-organismes nageurs.

L'astuce consiste à exploiter la façon dont les cristaux liquides peuvent être organisés, comme le professeur de génie chimique et biologique UW-Madison Nick Abbott et les membres de son laboratoire décrivent aujourd'hui dans le journal La nature .

"Dans un liquide typique, comme l'eau, les molécules sont toutes mélangées. Un cristal liquide est aussi un liquide, mais les molécules s'alignent. Et ils s'alignent sur de très longues distances, jusqu'à 100, 000 longueurs moléculaires, " dit Abbott. " Le fait qu'ils s'alignent comme ça donne lieu à des propriétés mécaniques - ce que nous appelons l'élasticité. Nous manipulons cette élasticité."

Dans un écran à cristaux liquides comme un écran de télévision, l'orientation du cristal liquide est modifiée en appliquant un champ électrique. Différentes orientations changent les couleurs et les formes sur l'écran. L'innovation d'Abbott tire parti de films à cristaux liquides de sensibilité similaire.

« À l'intérieur du film, nous avons mis de minuscules gouttelettes qui contiennent un agent actif. Ils mesurent environ un micromètre, un petit bassin d'eau, " dit-il. " Vous pouvez piéger ces gouttelettes à l'intérieur du film de cristal liquide, et en réponse aux stimuli, nous pouvons les éjecter."

Les chercheurs ont suspendu de minuscules doses d'un composé antibactérien dans un film de cristaux liquides tandis que les molécules du cristal étaient soigneusement alignées dans une direction par rapport à la surface du film, puis ont immergé le film dans de l'eau contenant des bactéries.

"Les bactéries se déplacent généralement avec un flagelle, une sorte de queue qu'ils font tourner qui les entraîne à travers un fluide, " dit Abbott. " Ce que nous avons pu montrer, c'est que si des bactéries descendent à la surface du film, le mouvement de leurs flagelles transmet une contrainte de cisaillement sur le film."

La contrainte perturbe l'orientation des cristaux liquides. Alors que ses molécules se désalignent et se réorientent, ils permettent aux gouttes de la micro-cargo de glisser hors du film pour se mélanger à l'eau. Le changement d'alignement du cristal liquide génère également un signal optique, signaler l'arrivée de la bactérie.

"La présence de la bactérie libère l'agent antibactérien. Lorsque l'agent tue la bactérie, les bactéries cessent de bouger, donc la libération s'arrête, " dit Abbott. " C'est ça qui est intéressant. Je ne suis pas au courant d'un autre matériau qui a cette propriété, ce type de contrôle interne inhérent à sa structure.

D'autres méthodes pour libérer de petites quantités de médicaments ou de produits chimiques ont tendance à nécessiter le contrôle de l'électronique et des pièces mobiles dans de minuscules valves, ou ils libèrent toute leur cargaison en un seul coup ou en quantités imprécises, contrairement aux cristaux liquides, qui peut répéter la livraison en quantités précises.

« Une façon courante de gérer la contamination bactérienne consiste simplement à lessiver des agents bactériens dans une solution ou sur une surface, mais vous les lixiviez, que les bactéries soient là ou non, " dit Abbott, dont les travaux sont soutenus par le US Army Research Office et la National Science Foundation. "Ce matériau peut rester en sommeil pendant très longtemps, ne rien lâcher. Ce n'est qu'en présence d'un signal de son environnement - comme le mouvement de bactéries vivantes - qu'il libérerait son agent."

Abbott—et chercheur postdoctoral Young-Ki Kim, les récents étudiants diplômés Xiaoguang Wang et Emre Bukusoglu, et de premier cycle Pranati Mondkar - a également montré que la chaleur de la surface d'un doigt peut inciter les cristaux liquides à libérer une micro-cargo, et Abbott dit que les films ou les gouttelettes peuvent être dopés avec des molécules qui les rendent sensibles à la lumière ou répondent à une charge électrique comme un écran LCD.

Il existe une autre fonctionnalité pratique que les films partagent avec les écrans à cristaux liquides.

"Il peut vous dire quand la micro-cargo est libérée, Abbott dit, « parce qu'il y a aussi un signal optique généré lorsque le cristal liquide est réorienté. Il s'autorégule et s'auto-déclare. »

Les films pourraient utiliser ce signal intégré pour annoncer combien de fois ils ont sorti du fret ou quand ils en ont épuisé.

Tandis que le La nature étude a utilisé une application antibactérienne comme démonstration, Abbott pense que les cristaux liquides pourraient être utiles dans toutes sortes d'applications, de la distribution de médicaments pour soulager le stress d'un vaisseau sanguin rétréci, à libérer des fluides corrosifs pour autodétruire les circuits d'un ordinateur compromis.