液晶廣泛應(yīng)用于顯示器等技術(shù)中，這些技術(shù)通過(guò)操縱液晶方向來(lái)顯示整個(gè)光譜中的顏色。在傳統(tǒng)顯示器中，液晶是固定均勻的，沒(méi)有缺陷。但是這種靜止可以通過(guò)向晶體中添加細(xì)菌來(lái)改變，創(chuàng)造出科學(xué)家和工程師所說(shuō)的“活的液晶”：可以自主行動(dòng)的材料。

當(dāng)細(xì)菌在液晶周?chē)蝿?dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生可用于工程目的“缺陷”。研究包括芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院的研究人員，以及芝加哥大學(xué)附屬阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家。

研究展示了這種材料如何通過(guò)這個(gè)過(guò)程變得活躍和無(wú)序，從彎曲不穩(wěn)定中創(chuàng)造出花朵圖案，最終讓缺陷產(chǎn)生。但是結(jié)果不僅僅是美觀：也是了解如何最終控制依賴(lài)于缺陷形成的重要一步。這些不穩(wěn)定性的起源一直是一個(gè)頗有爭(zhēng)議的話題，現(xiàn)在科學(xué)家們真正理解了這個(gè)過(guò)程是如何進(jìn)行的，這最終將能控制這種材料的行為，其研究成果發(fā)表在了《物理評(píng)論X》期刊上。

了解圖案的形成

活的液晶是可以自行作用的材料，在自然界中，這些材料負(fù)責(zé)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)沿著聚合物分子表面“行走”，并施加導(dǎo)致位移和運(yùn)動(dòng)的力。人們對(duì)這些材料很感興趣，因?yàn)樗鼈儚?fù)雜，漂亮，相關(guān)；研究了內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)輸是如何產(chǎn)生。在實(shí)驗(yàn)室中，創(chuàng)造這樣一種自主材料的一種方法是將液晶與細(xì)菌結(jié)合，當(dāng)它們移動(dòng)時(shí)，細(xì)菌會(huì)在液晶之間造成無(wú)序。為了研究這種材料是如何變得活的，研究人員將游動(dòng)的細(xì)菌與兩種形式的液晶結(jié)合在一起：

靠近附著在玻璃燈片上懸浮液滴的底面附近，以及在一層獨(dú)立的薄膜中。雖然細(xì)菌和液晶最初是通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)，但當(dāng)磁場(chǎng)關(guān)閉時(shí)，細(xì)菌開(kāi)始自行移動(dòng)，導(dǎo)致“彎曲不穩(wěn)定”。這些不穩(wěn)定看起來(lái)就像花上的花瓣或從樹(shù)上輻射出來(lái)的樹(shù)枝。分枝數(shù)量由細(xì)菌的活性控制。隨著時(shí)間推移，不穩(wěn)定變得越來(lái)越突出，直到系統(tǒng)最終變得完全無(wú)序。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模擬，研究人員發(fā)現(xiàn)了這些不穩(wěn)定性是如何通過(guò)應(yīng)變和幾何形成，因此開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)建和定位彎曲不穩(wěn)定性的方法。

未來(lái)控制晶體的技術(shù)

研究人員希望利用這些信息能夠完全控制這些活液晶，這將最終創(chuàng)造出一種新型的微流體裝置，無(wú)需泵或壓力就能自動(dòng)輸送流體，或者創(chuàng)造出類(lèi)似于細(xì)胞的合成系統(tǒng)，可以自主地從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方。研究確實(shí)有可能控制這些材料，并將它們用于未來(lái)有趣的新技術(shù)中。

博科園｜研究/來(lái)自：芝加哥大學(xué)

參考期刊《物理評(píng)論X》

DOI: 10.1103/PhysRevX.9.031014

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