Os cristais líquidos são amplamente utilizados em tecnologias como monitores, que manipulam sua orientação para exibir cores em todo o espectro.

Em monitores tradicionais, os cristais líquidos são estacionários e uniformes, livre de defeitos. Mas essa quietude pode ser alterada adicionando bactérias aos cristais, criando o que cientistas e engenheiros chamam de "cristais líquidos vivos":materiais que podem agir autonomamente. À medida que as bactérias nadam em torno do cristal líquido, eles geram "defeitos" que podem ser usados ​​para fins de engenharia.

Pesquisadores da Pritzker School of Molecular Engineering da University of Chicago, junto com colegas do Laboratório Nacional de Argonne, afiliado à UChicago, mostraram como esse material se torna ativo e desordenado por meio desse processo, criando padrões florais a partir das instabilidades de curvatura que eventualmente levam à criação de defeitos. Mas os resultados não são apenas estéticos:eles são um passo importante para a compreensão de como controlar esse material para tecnologias emergentes que dependem da formação de defeitos.

"A gênese dessas instabilidades tem sido um tema de debate considerável, e agora nós realmente entendemos como esse processo funciona, o que acabará por levar ao controle de como este material se comporta, "disse Juan de Pablo, o Liew Family Professor em Engenharia Molecular e co-autor da pesquisa, publicado recentemente no jornal Revisão Física X .

Compreendendo a formação de padrões

Cristais líquidos vivos são um exemplo de materiais que podem agir por conta própria. Na natureza, esses materiais são responsáveis ​​pela motilidade das células. As proteínas dentro das células "caminham" ao longo da superfície das moléculas de polímero e exercem uma força que causa deslocamento e movimento.

“Há muito interesse nesses materiais porque são complexos, bonito e relevante, "disse de Pablo, vice-presidente de laboratórios nacionais. "Mas queremos entender como o movimento e o transporte são gerados dentro deles."

No laboratório, uma maneira de criar um material autônomo como este é combinar um cristal líquido com bactérias, que então causam desordem entre o cristal líquido quando eles se movem.

Para estudar como o material se torna ativo, os pesquisadores combinaram bactérias nadadoras com um cristal líquido em dois formatos:perto da superfície inferior de uma gota suspensa por uma agulha presa a uma lâmina de vidro, e em uma fina, filme independente.

Embora as bactérias e o cristal líquido estivessem inicialmente alinhados por meio de um campo magnético, quando o campo foi desligado, as bactérias começaram a se mover por conta própria, resultando em "instabilidades de dobra". Essas instabilidades pareciam pétalas de uma flor ou galhos irradiando de uma árvore. O número de ramos foi controlado pela atividade da bactéria.

"As instabilidades tornaram-se cada vez mais proeminentes com o passar do tempo, até que o sistema eventualmente se torne completamente desordenado, "de Pablo disse.

Por meio desses experimentos e simulações computacionais, os pesquisadores descobriram como essas instabilidades se formam por meio de tensão e geometria, e, portanto, desenvolveu um método para criar e posicionar as instabilidades de dobra.

Cristais de controle para tecnologias futuras

Os pesquisadores esperam usar essas informações para controlar totalmente esses cristais líquidos vivos. Isso permitiria que eles eventualmente criassem um novo tipo de dispositivo microfluídico que transporta fluidos de forma autônoma, sem bombas ou pressão, ou para criar sistemas sintéticos que se assemelham a células e que podem se mover autonomamente de um lugar para outro.

“Temos uma possibilidade real de controlar esses materiais e usá-los para novas tecnologias interessantes, "de Pablo disse.