LCD는 어디에나 있습니다. 이는 휴대폰 화면, 비디오 게임 콘솔, 자동차 대시보드 및 의료 장비와 같은 광범위한 응용 분야에 사용됩니다. 이러한 액체의 고유한 특성으로 인해 액정 디스플레이(LCD)는 전류가 흐르면 색상을 생성합니다. 즉, 모양이 재배열되고 다양한 빛의 파장을 반사합니다.
이제 Eduardo D. Grant 총장 겸 화학 및 생체분자공학과 학과장인 Chinedum Osuji 연구실의 연구원들은 이러한 특별한 결정이 훨씬 더 많은 일을 할 수 있다는 것을 발견했습니다. 적절한 조건에서 액정은 놀라운 구조로 응축되어 복잡한 생물학적 시스템과 마찬가지로 물질을 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 수 있는 필라멘트와 평평한 디스크를 자발적으로 생성합니다. 이러한 통찰력은 재료 조립, 세포 활동 모델링 등의 새로운 방법으로 이어질 수 있습니다.
Osuji 연구실의 박사후 연구원이자 최근 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 발견을 설명하는 논문의 공동 제1저자인 크리스토퍼 브라운(Christopher Browne)은 "이것은 컨베이어 벨트 네트워크와 같으며 표면에서 매우 현실적으로 보이는 무언가에 대한 우연한 관찰이었습니다. 이는 그것이 더 일반적이고 흥미로운 것일 수 있다는 첫 번째 단서였습니다."라고 말했습니다.
Browne과 Osuji는 현재 Perelman School of Medicine의 세포 및 발생 생물학 부교수인 Matthew Good과 예술 과학 대학의 화학 교수인 Elizabeth Rhoades가 이끄는 물질 구조 연구 실험실(LRSM)에 수용된 NSF 지원 학제간 그룹의 구성원으로 생물 및 비생물 시스템의 응축 형성을 연구하고 있습니다.
처음에 Osuji의 연구실은 Exxon Mobil Corp.과 협력하여 Formula One 경주용 자동차 및 고급 테니스 라켓과 같은 고강도 탄소 섬유를 개발하는 데 사용되는 물질인 메조페이즈 피치를 연구했습니다. Osuji는 탄소 섬유 자체의 화학적 전구체에 대해 "이러한 물질은 액정입니다."라고 말했습니다. "또는 가공 중에 존재하는 동안 일정 기간 동안 액정으로 유지됩니다." 다양한 온도에서 응축수에 대한 실험을 수행하는 동안 Osudera 연구실의 또 다른 박사후 연구원이자 논문의 공동 저자인 Yuma Morimitsu는 물질의 비정상적인 동작을 발견했습니다.
일반적으로 두 개의 비혼화성(즉, 혼합 불가능한) 유체를 한데 모은 다음 강제로 혼합할 수 있을 만큼 높은 온도로 가열한 다음 혼합물을 냉각하면 어느 시점에서 혼합물이 분리되거나 "분리"됩니다. 일반적으로 이는 기름과 물을 함께 섞으면 물 위에 기름 층이 생기는 것처럼 별도의 층으로 합쳐지는 물방울의 형성을 통해 발생합니다.
이 경우 액정인 4'-시아노-4-도데실옥시비페닐(12OCB라고도 함)은 무색 오일인 스쿠알란에서 분리되었을 때 자발적으로 매우 불규칙한 구조를 형성했습니다. Osuji는 "액정이 시스템의 다른 구성 요소와 상분리되면 액적을 형성하는 대신 빠르게 성장하는 필라멘트에서 시작하여 또 다른 구조 세트를 형성하는 일련의 구조를 형성합니다. 이를 융기된 디스크 또는 편평한 액적이라고 부릅니다."라고 Osuji는 말했습니다.
시스템을 이해하기 위해 연구원들은 강력한 현미경을 사용하여 마이크론 규모, 즉 인간 머리카락의 너비에 해당하는 100만분의 1미터 단위로 액정의 움직임을 관찰했습니다. Osuji는 "처음 이러한 구조를 봤을 때 냉각 속도가 너무 높아서 액정이 서로 응축되는 현상을 겪었습니다"라고 회상합니다. "냉각 속도를 늦추고 이를 더욱 증폭시킴으로써 연구자들은 액정이 생물학적 시스템을 연상시키는 구조를 자발적으로 형성하고 있음을 깨달았습니다."
흥미롭게도 Brown은 몇몇 연구자들이 수십 년 전에 비슷한 행동을 관찰할 뻔했지만 그들이 연구한 시스템에는 특별히 뚜렷한 행동이 없거나 무슨 일이 일어나고 있는지 볼 수 있을 만큼 강력한 현미경이 부족하다는 사실을 발견했습니다.
Brown의 경우 이 결과의 가장 흥미로운 측면은 전통적으로 단절된 여러 분야, 즉 물질을 운반하고 운동을 생성하는 생물학적 시스템을 연구하는 활성 물질 연구 분야와 스스로 새로운 구조를 생성하고 상이 변할 때 다르게 행동할 수 있는 물질을 연구하는 자기 조립 및 상 거동 분야를 통합한다는 것입니다. 이것은 새로운 유형의 활물질 시스템입니다.
그와 Osuji는 또한 이번 발견이 생물학적 시스템을 모델링하여 작동 방식을 더 잘 이해하거나 재료를 만드는 데 사용될 수 있다고 언급했습니다. Osuji는 "분자는 필라멘트에 흡수된 다음 지속적으로 이러한 평평한 물방울로 이동합니다. 비록 시스템을 보는 것만으로는 명확한 활동을 나타내지 않지만 실제로 평평한 물방울은 작은 반응기처럼 기능하여 저장 또는 추가 화학 반응을 위해 필라멘트에 의해 다른 물방울로 이동되는 분자를 생성할 수 있습니다."라고 말했습니다.
연구원들은 또한 그들의 발견이 액정 자체에 대한 연구를 다시 활성화할 수 있다고 말했습니다. 어떤 분야가 산업화되면 기초연구는 쇠퇴하는 경향이 있습니다. 하지만 때로는 누구도 풀 수 없는 풀리지 않는 수수께끼가 있을 때도 있습니다.
/ScitechDaily에서 편집됨