Công Nghệ & Ứng Dụng

Phát hiện vật liệu tinh thể lỏng tự hoạt động

Phát hiện vật liệu tinh thể lỏng tự hoạt động

Wikicabinet – Kênh thông tin tri thức nhân loại kính chào quý độc giả ở kỳ trước chúng tôi đã giới thiệu các chủ đề về:

Khách sạn vũ trụ đầu tiên trên thế giới

Kỳ này wikicabinet công nghệ & ứng dụng xin giới thiệu đến độc giả một chủ đề Phát hiện vật liệu tinh thể lỏng tự hoạt động. Mời quý độc giả đón theo dõi chủ đề này cùng wikicabinet công nghệ & ứng dụng nhé!

Theo báo chí nước ngoài, phát hiện đột phá này có thể mở đường cho những ứng dụng mới của tinh thể lỏng. Vật liệu có thể thực hiện các chức năng phức tạp để đáp ứng với những thay đổi của môi trường có thể tạo thành nền tảng của các công nghệ mới thú vị. Các nhà khoa học và kỹ sư đã thực hiện bước đầu tiên đối với loại vật liệu tự hành này, và họ đã phát triển các vật liệu “hoạt động” có thể di chuyển tự động. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Chicago đã thực hiện bước tiếp theo, họ đã chứng minh rằng chuyển động của một chất hoạt động – tinh thể lỏng – có thể được kiểm soát và hướng dẫn.

Được biết, nghiên cứu chứng minh khái niệm đã được xuất bản trên “Nature Materials” vào ngày 18 tháng 2 năm 2021. Nghiên cứu này là kết quả của ba năm hợp tác giữa Juan de Pablo, giáo sư kỹ thuật phân tử, Margaret Gardel, giáo sư vật lý và kỹ thuật phân tử, Vincenzo Vitelli, giáo sư vật lý, và Aaron Dinner, giáo sư hóa học.

Không giống như chất lỏng truyền thống, tinh thể lỏng hiển thị một trật tự và định hướng phân tử đồng nhất, mang lại tiềm năng cho việc xây dựng các vật liệu tự trị. Phần khuyết bên trong tinh thể thực chất là một viên nang nhỏ, có thể được sử dụng làm nơi diễn ra các phản ứng hóa học hoặc làm thùng vận chuyển hàng hóa trong một thiết bị dạng mạch.

Để tạo ra các vật liệu tự trị có thể sử dụng trong lĩnh vực kỹ thuật, các nhà khoa học cần tìm ra cách để những vật liệu này có thể tự phát huy những khiếm khuyết của bản thân đồng thời kiểm soát hướng chuyển động.

Để tạo ra các tinh thể lỏng “hoạt động”, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các sợi actin tạo nên bộ xương tế bào. Ngoài ra, họ còn bổ sung thêm protein vận động, một loại protein được các hệ thống sinh học sử dụng để tạo sức mạnh trong các sợi actin. Các protein này về cơ bản “đi bộ” dọc theo các sợi để di chuyển các tinh thể.

Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã làm việc với nhóm của Giáo sư Zev Bryant từ Đại học Stanford để phát triển một tinh thể lỏng hoạt động được điều khiển bởi một protein nhạy cảm với ánh sáng, làm tăng hoạt động của nó dưới ánh sáng.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các mô hình mô phỏng máy tính tiên tiến do de Pablo và các nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Rui Zhang và Ali Mozaffari phát triển để dự đoán rằng họ có thể tạo ra các khuyết tật và thao tác chúng bằng cách tạo ra các mô hình hoạt động cục bộ trong tinh thể lỏng.

Các thí nghiệm do Gardel và các nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Steven Redford và Nitin Kumar dẫn đầu đã xác nhận những dự đoán này. Cụ thể, các nhà nghiên cứu kiểm soát dòng chảy của các khuyết tật bằng cách chiếu tia laser vào các khu vực khác nhau để làm cho các khu vực này hoạt động nhiều hơn hoặc ít hơn.

Sau đó, họ đã chỉ ra cách sử dụng nó để tạo ra các thiết bị vi lỏng, một công cụ được các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật, hóa học và sinh học sử dụng để phân tích một lượng nhỏ chất lỏng.

Thông thường, các thiết bị này bao gồm các khoang nhỏ, đường hầm và van. Với những vật liệu như vậy, chất lỏng có thể được chuyển tự động mà không cần bơm hoặc áp suất, mở ra cánh cửa để lập trình các hành vi phức tạp thành các hệ thống hoạt động.

Những phát hiện của nghiên cứu này rất có ý nghĩa vì cho đến nay nhiều nghiên cứu về các tinh thể lỏng hoạt động đã tập trung vào việc mô tả đặc điểm hành vi của chúng.

de Pablo cho biết: “Trong công trình này, chúng tôi đã chỉ ra cách kiểm soát những vật liệu này, điều này sẽ mở đường cho các ứng dụng. Giờ đây, chúng tôi có một ví dụ về việc sử dụng động cơ đẩy cấp độ phân tử để điều khiển chuyển động và vận chuyển ở quy mô vĩ mô.”

Bằng chứng về khái niệm này cho thấy rằng hệ thống tinh thể lỏng cuối cùng có thể được sử dụng như một bộ cảm biến hoặc bộ khuếch đại để phản ứng với môi trường. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ chứng minh được cách xây dựng các thành phần cần thiết để làm cho hệ thống này trở thành một mạch có thể thực hiện các hoạt động logic giống như một máy tính.

de Pablo nói: “Chúng tôi biết rằng những vật liệu hoạt động này rất đẹp và rất thú vị, nhưng bây giờ chúng tôi biết cách chế tác chúng và sử dụng chúng cho các ứng dụng thú vị. Điều này rất thú vị.”

Trong kỳ tiếp theo, Wikicabinet công nghệ & ứng dụng trân trọng mời độc giả đón đọc chủ đề Dự đoán về sản phẩm mới của Apple cho Hội nghị mùa xuân năm 2021.

Nếu có những thắc mắc hay muốn tìm hiểu về bất kỳ chủ đề nào, hãy liên hệ với Wikicabinet công nghệ & ứng dụng bằng cách bình luận ở phía dưới nhé.

Leave a Reply