p materiais capazes de desempenhar funções complexas em resposta a mudanças no ambiente podem formar a base para novas tecnologias interessantes. Pense em uma cápsula implantada em seu corpo que libera anticorpos automaticamente em resposta a um vírus, uma superfície que libera um agente antibacteriano quando exposta a bactérias perigosas, um material que se adapta a sua forma quando precisa sustentar um determinado peso, ou roupas que detectam e capturam contaminantes tóxicos do ar. p Cientistas e engenheiros já deram o primeiro passo em direção a esses tipos de materiais autônomos, desenvolvendo materiais "ativos" que têm a capacidade de se mover por conta própria. Agora, pesquisadores da Universidade de Chicago deram o próximo passo ao mostrar que o movimento em um desses materiais ativos - os cristais líquidos - pode ser controlado e direcionado.

p Esta pesquisa de prova de conceito, publicado em 18 de fevereiro na revista Materiais da Natureza , é o resultado de três anos de trabalho colaborativo dos grupos dos Profs. Juan de Pablo e Margaret Gardel na Pritzker School of Molecular Engineering da University of Chicago, junto com Vincenzo Vitelli, professor de física, e Aaron Dinner, professor de química.

p Aproveitando as propriedades dos cristais líquidos

p Em contraste com os líquidos tradicionais, os cristais líquidos exibem uma ordem e orientação molecular uniforme que oferecem potencial como blocos de construção para materiais autônomos. Os defeitos nos cristais são essencialmente cápsulas minúsculas que podem atuar como locais para reações químicas ou como recipientes de transporte de carga em um dispositivo semelhante a um circuito.

p Para criar materiais autônomos que podem ser usados ​​em tecnologias, os cientistas precisavam encontrar uma maneira de fazer com que esses materiais autopropulsionassem seus defeitos enquanto controlavam a direção do movimento.

p Para fazer cristais líquidos "ativos", os pesquisadores usaram filamentos de actina, os mesmos filamentos que constituem o citoesqueleto de uma célula. Eles também adicionaram proteínas motoras, quais são as proteínas que os sistemas biológicos usam para exercer força nos filamentos de actina. Essas proteínas essencialmente "andam" ao longo dos filamentos, fazendo com que os cristais se movam.

p Nesse caso, em colaboração com o grupo do Prof. Zev Bryant na Universidade de Stanford, os pesquisadores desenvolveram cristais líquidos ativos alimentados por proteínas sensíveis à luz, cuja atividade aumenta quando exposta à luz.

p Usando simulações de computador avançadas de modelos desenvolvidos por de Pablo com os pós-doutorandos Rui Zhang e Ali Mozaffari, os pesquisadores previram que poderiam criar defeitos e manipulá-los criando padrões locais de atividade em um cristal líquido.

p Experimentos liderados por Gardel e os pós-doutorandos Steven Redford e Nitin Kumar confirmaram essas previsões. Especificamente, ao apontar um laser em diferentes regiões, os pesquisadores tornaram essas regiões mais ou menos ativas, controlando assim o fluxo do defeito.

p Eles então mostraram como isso poderia ser usado para criar um dispositivo microfluídico, uma ferramenta que os pesquisadores da engenharia, química, e uso da biologia para analisar pequenas quantidades de líquidos.

p Normalmente, esses dispositivos incluem câmaras minúsculas, túneis e válvulas; com um material como este, os fluidos podem ser transportados de forma autônoma, sem bombas ou pressão, abrindo a porta para a programação de comportamentos complexos em sistemas ativos.

p As descobertas apresentadas no manuscrito são significativas porque, até agora, muitas das pesquisas sobre cristais líquidos ativos têm se concentrado na caracterização de seu comportamento.

p “Neste trabalho mostramos como controlar esses materiais, que pode abrir caminho para aplicativos, "de Pablo disse." Temos agora um exemplo onde a propulsão em nível molecular foi aproveitada para controlar o movimento e transporte em escalas macroscópicas. "

p Criação de novos dispositivos a partir do material

p Esta prova de conceito mostra que um sistema de cristais líquidos poderia, em última análise, ser usado como um sensor ou um amplificador que reage ao meio ambiente. Próximo, os pesquisadores esperam demonstrar como construir os elementos necessários para transformar esse sistema em um circuito capaz de realizar operações lógicas da mesma forma que os computadores.

p "Sabíamos que esses materiais ativos eram bonitos e interessantes, mas agora sabemos como manipulá-los e usá-los para aplicações interessantes, "de Pablo disse." Isso é muito emocionante.