LCDs estão por toda parte. Eles são usados em uma ampla gama de aplicações, como telas de celulares, consoles de videogame, painéis de automóveis e equipamentos médicos. Devido às propriedades únicas desses líquidos, os monitores de cristal líquido (LCDs) produzem cores se uma corrente elétrica passar por eles: reorganizam suas formas e refletem diferentes comprimentos de onda de luz.
Agora, pesquisadores do laboratório de Chinedum Osuji, Professor Presidencial Eduardo D. Grant e Presidente do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular, descobriram que esses cristais extraordinários podem ser capazes de fazer ainda mais. Sob as condições certas, os cristais líquidos condensam-se em estruturas impressionantes, criando espontaneamente filamentos e discos planos que podem transportar materiais de um lugar para outro, de forma semelhante a sistemas biológicos complexos. Essa percepção pode levar a novas maneiras de montar materiais, modelar a atividade celular e muito mais.
"É como uma rede de correias transportadoras, e foi esta observação casual de algo que parecia muito realista na superfície - essa foi a primeira pista de que poderia ser algo mais geral e interessante", disse Christopher Browne, pós-doutorando no laboratório de Osuji e co-autor de um artigo que descreve a descoberta publicado recentemente na Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Browne e Osuji são agora membros de um grupo interdisciplinar apoiado pela NSF e sediado no Laboratório de Pesquisa sobre a Estrutura da Matéria (LRSM), liderado por Matthew Good, professor associado de biologia celular e do desenvolvimento na Escola de Medicina Perelman, e Elizabeth Rhoades, professora de química na Faculdade de Artes e Ciências, estudando a formação de condensação em sistemas bióticos e abióticos.
Inicialmente, o laboratório de Osuji trabalhou com a Exxon Mobil Corp. para estudar o piche mesofásico, uma substância usada para desenvolver fibras de carbono de alta resistência, como as dos carros de corrida de Fórmula 1 e das raquetes de tênis de última geração. “Esses materiais são cristais líquidos”, disse Osuji sobre os precursores químicos da própria fibra de carbono. “Ou melhor, durante o processamento, eles permanecem como cristais líquidos por um período de tempo durante sua existência.” Ao realizar experimentos com o condensado em diferentes temperaturas, Yuma Morimitsu, outro pós-doutorado no laboratório de Osudera e co-autor do artigo, percebeu o comportamento incomum do material.
Normalmente, se dois fluidos imiscíveis (ou seja, não miscíveis) forem reunidos e depois aquecidos a uma temperatura alta o suficiente para forçá-los a se misturar, se a mistura for então resfriada, em algum ponto a mistura se separará ou "desmisturará". Normalmente, isso acontece através da formação de gotículas que se aglutinam em uma camada separada, da mesma forma que se você misturar óleo e água, acabará com uma camada de óleo em cima da água.
Neste caso, o cristal líquido - 4'-ciano-4-dodeciloxibifenil (também conhecido como 12OCB) - formou espontaneamente uma estrutura altamente irregular quando separado do esqualano, um óleo incolor. “Quando os cristais líquidos se separam de outros componentes do sistema, em vez de formarem gotículas, eles formam uma cascata de estruturas, começando com esses filamentos que crescem rapidamente e depois formando outro conjunto de estruturas – o que chamamos de discos elevados ou gotículas planas”, disse Osuji.
Para entender o sistema, os pesquisadores usaram microscópios potentes para observar o movimento dos cristais líquidos na escala do mícron, ou um milionésimo de metro, que equivale à largura de um fio de cabelo humano. “A primeira vez que vimos essas estruturas, a taxa de resfriamento era muito alta, fazendo com que os cristais líquidos se condensassem”, lembra Osuji. "Somente diminuindo a taxa de resfriamento e ampliando-a ainda mais é que os pesquisadores perceberam que os cristais líquidos formavam espontaneamente estruturas que lembram sistemas biológicos."
Curiosamente, Brown descobriu que vários investigadores chegaram perto de observar um comportamento semelhante há décadas, mas os sistemas que estudaram não tinham um comportamento particularmente óbvio ou não tinham microscópios suficientemente poderosos para ver o que estava a acontecer.
Para Brown, o mais interessante desse resultado é que ele reúne vários campos tradicionalmente desconectados: o campo da pesquisa em matéria ativa, que estuda sistemas biológicos que transportam materiais e geram movimento, e o campo da automontagem e comportamento de fase, que estuda materiais que podem gerar novas estruturas por conta própria e se comportar de maneira diferente quando mudam de fase. Este é um novo tipo de sistema de material ativo.
Ele e Osuji também observaram que as descobertas poderiam ser usadas para modelar sistemas biológicos para entender melhor como funcionam ou para criar materiais. "As moléculas são absorvidas pelos filamentos e depois transportadas continuamente para essas gotículas planas", disse Osuji, "embora apenas olhar para o sistema não revele nenhuma atividade óbvia. Na verdade, as gotículas planas podem funcionar como pequenos reatores, produzindo moléculas que são então transportadas pelos filamentos para outras gotículas para armazenamento ou outras reações químicas. "
Os pesquisadores também dizem que suas descobertas podem revigorar a pesquisa sobre os próprios cristais líquidos. Quando um campo se industrializa, a pesquisa básica tende a declinar. Mas às vezes há quebra-cabeças não resolvidos que ninguém consegue resolver.
Compilado de /ScitechDaily