Las pantallas LCD están en todas partes. Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como pantallas de teléfonos móviles, consolas de videojuegos, salpicaderos de automóviles y equipos médicos. Debido a las propiedades únicas de estos líquidos, las pantallas de cristal líquido (LCD) producen colores si se hace pasar una corriente eléctrica a través de ellas: reorganizan sus formas y reflejan diferentes longitudes de onda de luz.
Ahora, investigadores del laboratorio de Chinedum Osuji, profesor presidencial Eduardo D. Grant y presidente del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, han descubierto que estos extraordinarios cristales pueden hacer aún más. En las condiciones adecuadas, los cristales líquidos se condensan en estructuras impresionantes, creando espontáneamente filamentos y discos planos que pueden transportar materiales de un lugar a otro, de forma muy parecida a los sistemas biológicos complejos. Esta información podría conducir a nuevas formas de ensamblar materiales, modelar la actividad celular y más.
"Es como una red de cinta transportadora, y fue esta observación casual de algo que parecía muy realista en la superficie; esa fue la primera pista de que podría ser algo más general e interesante", dijo Christopher Browne, becario postdoctoral en el laboratorio de Osuji y co-primer autor de un artículo que describe el descubrimiento publicado recientemente en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).
Browne y Osuji son ahora miembros de un grupo interdisciplinario apoyado por la NSF y ubicado en el Laboratorio de Investigación sobre la Estructura de la Materia (LRSM), dirigido por Matthew Good, profesor asociado de biología celular y del desarrollo en la Facultad de Medicina Perelman, y Elizabeth Rhoades, profesora de química en la Facultad de Artes y Ciencias, que estudia la formación de condensación en sistemas bióticos y abióticos.
Inicialmente, el laboratorio de Osuji trabajó con Exxon Mobil Corp. para estudiar la brea mesofásica, una sustancia utilizada para desarrollar fibras de carbono de alta resistencia, como las de los autos de carreras de Fórmula Uno y las raquetas de tenis de alta gama. "Estos materiales son cristales líquidos", dijo Osuji sobre los precursores químicos de la propia fibra de carbono. "O mejor dicho, durante el procesamiento, permanecen como cristales líquidos durante un período de tiempo durante su existencia". Mientras realizaba experimentos con el condensado a diferentes temperaturas, Yuma Morimitsu, otro postdoctorado en el laboratorio de Osudera y coautor del artículo, notó el comportamiento inusual del material.
Por lo general, si dos fluidos inmiscibles (es decir, no mezclables) se juntan y luego se calientan a una temperatura lo suficientemente alta como para obligarlos a mezclarse, si luego se enfría la mezcla, en algún momento la mezcla se separará o "se desmezclará". Por lo general, esto sucede mediante la formación de gotas que se fusionan en una capa separada, de manera similar a si mezclas aceite y agua, terminarás con una capa de aceite encima del agua.
En este caso, el cristal líquido, 4'-ciano-4-dodeciloxibifenilo (también conocido como 12OCB), formó espontáneamente una estructura muy irregular cuando se separó del escualano, un aceite incoloro. "Cuando los cristales líquidos se separan de otros componentes del sistema, en lugar de formar gotas, forman una cascada de estructuras, comenzando con estos filamentos que crecen rápidamente y luego formando otro conjunto de estructuras, lo que llamamos discos elevados o gotas planas", dijo Osuji.
Para comprender el sistema, los investigadores utilizaron potentes microscopios para observar el movimiento de los cristales líquidos en la escala de micras, o una millonésima de metro, lo que equivale al ancho de un cabello humano. "La primera vez que vimos estas estructuras, la velocidad de enfriamiento era demasiado alta, lo que provocó que los cristales líquidos se condensaran juntos", recuerda Osuji. "Sólo disminuyendo la velocidad de enfriamiento y amplificándola aún más, los investigadores se dieron cuenta de que los cristales líquidos estaban formando espontáneamente estructuras que recuerdan a los sistemas biológicos".
Curiosamente, Brown descubrió que varios investigadores estuvieron a punto de observar un comportamiento similar hace décadas, pero los sistemas que estudiaron no tenían un comportamiento particularmente obvio o carecían de microscopios lo suficientemente potentes como para ver lo que estaba sucediendo.
Para Brown, lo más interesante de este resultado es que reúne varios campos tradicionalmente desconectados: el campo de la investigación de la materia activa, que estudia los sistemas biológicos que transportan materiales y generan movimiento, y el campo del autoensamblaje y el comportamiento de fase, que estudia materiales que pueden generar nuevas estructuras por sí solos y comportarse de manera diferente cuando cambian de fase. Este es un nuevo tipo de sistema de material activo.
Él y Osuji también señalaron que los hallazgos podrían usarse para modelar sistemas biológicos para comprender mejor cómo funcionan o para crear materiales. "Las moléculas son absorbidas por los filamentos y luego transportadas continuamente hacia estas gotas planas", dijo Osuji, "aunque simplemente mirar el sistema no revela ninguna actividad obvia. De hecho, las gotas planas pueden funcionar como pequeños reactores, produciendo moléculas que luego son transportadas por los filamentos a otras gotas para su almacenamiento o reacciones químicas adicionales".
Los investigadores también dicen que sus hallazgos podrían revitalizar la investigación sobre los propios cristales líquidos. Cuando un campo se industrializa, la investigación básica tiende a declinar. Pero a veces hay acertijos sin resolver que nadie puede resolver.
Compilado de /ScitechDaily