活顯示器要來了？科學家利用細菌，創造出「活的」液晶！

2020-10-18 博科園

液晶廣泛應用於顯示器等技術中，這些技術通過操縱液晶方向來顯示整個光譜中的顏色。在傳統顯示器中，液晶是固定均勻的，沒有缺陷。但是這種靜止可以通過向晶體中添加細菌來改變，創造出科學家和工程師所說的「活的液晶」：可以自主行動的材料。當細菌在液晶周圍遊動時，會產生可用於工程目的「缺陷」。研究包括芝加哥大學普利茲克分子工程學院的研究人員，以及芝加哥大學附屬阿貢國家實驗室的科學家。

研究展示了這種材料如何通過這個過程變得活躍和無序，從彎曲不穩定中創造出花朵圖案，最終讓缺陷產生。但是結果不僅僅是美觀：也是了解如何最終控制依賴於缺陷形成的重要一步。這些不穩定性的起源一直是一個頗有爭議的話題，現在科學家們真正理解了這個過程是如何進行的，這最終將能控制這種材料的行為，其研究成果發表在了《物理評論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，這些材料負責細胞的運動。細胞內的蛋白質沿著聚合物分子表面「行走」，並施加導致位移和運動的力。人們對這些材料很感興趣，因為它們複雜，漂亮，相關；研究了內部的運動和運輸是如何產生。在實驗室中，創造這樣一種自主材料的一種方法是將液晶與細菌結合，當它們移動時，細菌會在液晶之間造成無序。為了研究這種材料是如何變得活的，研究人員將遊動的細菌與兩種形式的液晶結合在一起：

靠近附著在玻璃燈片上懸浮液滴的底面附近，以及在一層獨立的薄膜中。雖然細菌和液晶最初是通過磁場對準，但當磁場關閉時，細菌開始自行移動，導致「彎曲不穩定」。這些不穩定看起來就像花上的花瓣或從樹上輻射出來的樹枝。分枝數量由細菌的活性控制。隨著時間推移，不穩定變得越來越突出，直到系統最終變得完全無序。通過這些實驗和計算模擬，研究人員發現了這些不穩定性是如何通過應變和幾何形成，因此開發了一種創建和定位彎曲不穩定性的方法。

未來控制晶體的技術

研究人員希望利用這些信息能夠完全控制這些活液晶，這將最終創造出一種新型的微流體裝置，無需泵或壓力就能自動輸送流體，或者創造出類似於細胞的合成系統，可以自主地從一個地方移動到另一個地方。研究確實有可能控制這些材料，並將它們用於未來有趣的新技術中。

博科園｜研究/來自：芝加哥大學

參考期刊《物理評論X》

DOI: 10.1103/PhysRevX.9.031014

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