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<p>柱状(上图)和向列(下图)相中的LCLC液滴插图显示了LCLC“棒”的图案新研究详述了一种溶解在水中的液晶,揭示了生物医学应用的潜力液晶是非凡的材料,将结晶固体的光学特性与液体的流动特性相结合,将大多数计算机显示器,电视机和智能手机中的显示器组合在一起的特性在美国国家科学院院刊上发表的一项研究中,来自大学的研究人员宾夕法尼亚州和斯沃斯莫尔学院描述了一种溶解在水中的液晶的新研究,而不是像在显示器中发现的油性液晶那样避免它</p><p>这种性质意味着这些液晶具有生物医学应用的潜力,其内部模式的变化可能发出信号特定蛋白质或其他生物的存在大分子研究人员将这些液晶放入水滴中,然后将其置于油中,产生乳液</p><p>在液滴内的浓度足够高时,液晶在光学显微镜下显示出扭曲的图案</p><p>然而,在更高的浓度下,液晶显示出更加不同寻常的行为:它们的组成分子堆叠形成柱状,组成水晶状结构,将正常球形水滴转化为切面流体宝石研究由博士后研究员Joonwoo Jeong和研究生Zoey Davidson领导</p><p>雅各约翰的研究小组成员在宾夕法尼亚大学指导物质结构研究实验室,是艺术与科学学院物理与天文学系的教授</p><p>圆满结合的是Tom Lubensky,他也是宾夕法尼亚大学的教授</p><p>物理和天文系,以及Peter Collings,教授斯沃斯莫尔物理和天文系的研究员在柱状相中的LCLC表现出一种刻面的“宝石”形状“我们的远程目标,”Yodh说,“是为了更好地理解和控制这种液晶系统,以便利用它制造有用的新材料的能力使用这种类型的液晶进行研究的阶段类似于70年代早期的显示液晶</p><p>第一次显示是有限的,直到他们的属性真正被理解为“研究人员调查的液晶类型这项研究是溶致发色液晶或LCLCs它们含有有机盐,俗称“夕阳黄”或“黄6”,是一种广泛使用的食用染料,存在于橙子苏打,奶酪味零食和许多其他产品中,当放入水中时,染料的各个分子像扑克筹码一样堆叠,形成微观棒</p><p>然后将含有液晶的水滴混入油悬浮液中肥皂状表面活性剂一端被水吸引,另一端被水排斥,一旦浸入油中,表面活性剂分子就会进入水滴表面</p><p>这有助于将水滴稳定在球体内,这是最小化的最佳形状表面能一旦液滴在油乳液中,棒相互作用形成不同种类的排列相与显示器中发现的液晶不同,溶致液晶形成的相或图案取决于它们的浓度来改变LCLC浓度研究人员开始研究液滴中不同浓度的染料分子,并允许浓度随着水从液滴中扩散而进一步增加</p><p>在足够高的浓度水平下,棒被推得足够接近,它们开始平行排列</p><p>彼此形成所谓的“向列”相,这使得液滴具有明确的南北轴运行它的中心杆在这个轴附近平行排列,直到它们到达两个“杆”,杆不相对于彼此定向这种模式是由于液晶倾向于重新排列成“最简单”,最低的 - 能量状态和显示器中的液晶一样,这种状态可能会受到外部影响的影响,并且可以利用所产生的行为来应用 “为理解这些类型的液晶系统所做的大量工作,”Collings说,“是对它们产生两种竞争影响,例如分子与某些限制或外部场的完美排列的自然倾向</p><p>他说:“我们不会让你这么做的</p><p>”在这种情况下的限制是球形表面的下降“棒想要彼此平行排列,”郑说,“但他们也想排队随着跌落的边界,它们不能同时做到这两个因此杆必须经历变形有趣的是,在这种情况下,它们扭曲以适应这种限制“这种扭曲不会改变单个杆的形状,这些杆保持笔直,而是改变杆相对于彼此的方向观察液滴,使杆沿其轴线垂直指向,这种扭曲沿着从轴线到液滴表面的线条发生,就像衣夹夹在那些线条上一样特殊的杆可以旋转出原来的垂直位置,扭转平均超过90度</p><p>显示器中发现的大多数油基液晶都会对这种类型的限制作出反应,因为它们形成一个有两极的中心轴,但不同之处在于它们不会偏离该轴“这意味着,与显示液晶不同,我们对这些LCLC所做的任何事都必须考虑到这种扭曲,”Collings说这些图案取决于墨滴的表面特性,所以扭曲了棒可能受到附着在表面上并改变其边界条件的外部分子的影响“LCLC的这种特性使它们有可能成为检测器,”Yodh说:“分子水平的微小变化可能引起液晶结构的变化可以通过显微镜观察到“随着液滴浓度的进一步增加,液晶从向列相演变为”柱状“pH值ase,其中杆像稻草束一样包裹在一起这种包装可防止杆扭曲,因此它们通过排列成列阵列来响应水滴表面的提示,保持平行于边界并环绕水滴的中心轴一次在柱状相中,液晶的有序内部结构创造了一种环境,使得球体不再是最小化液滴表面能量的最佳形状</p><p>表面被拉入有序的棒状集合,并且液滴的外部开始符合柱子的六边形填充模式,形成刻面“据我们所知,这些是第一个在柱状相中含有液晶的乳液滴剂,”Yodh说:“看到滴落的表面真是令人惊奇进化我从来没有见过一滴形状像宝石的水!“这项研究得到了美国国家科学基金会和宾夕法尼亚大学材料研究科学与工程中心的支持出版物:美国国家科学院院刊(目前正在实施禁运)资料来源:宾夕法尼亚大学Evan Lerner图片: