Неизвестные ранее свойства нано- и микроразмерных жидких кристаллов обнаружили ученые БФУ. По их словам, полученные данные позволят разработать новое семейство сверхминиатюрных электрооптических датчиков и ряд мощных медицинских анализаторов как лабораторного, так и домашнего назначения. Результаты опубликованы в журнале Journal of Molecular Liquids.

Жидкие кристаллы (ЖК) – особое состояние вещества, в котором оно одновременно обладает и текучестью, и кристаллоподобными структурными свойствами. ЖК чрезвычайно чувствительны к любым внешним воздействиям, на них сильно влияют даже очень слабые электрические и магнитные поля и малые изменения температуры.

Одно из важных направлений исследования ЖК-структур – изучение процессов транспортировки и сортировки нанолитровых капель ЖК в разветвленных каналах под действием внешнего электрического поля, сообщили специалисты.
Новые результаты в этой области востребованы при создании чувствительных сенсоров и датчиков. По сравнению с другими микросенсорами, они будут обладать простой конструкцией, миниатюрностью и высокой адаптивностью, низким управляющим напряжением, объяснили ученые.

Исследователи Балтийского федерального университета имени И. Канта (БФУ) провели комплексное моделирование процессов текучести в микро- и наноразмерных ЖК-системах. Полученные данные, по словам ученых, позволяют корректно прогнозировать широкий спектр процессов при технологической обработке ЖК и подбирать их оптимальные составы при проектировании различных систем.
«
«Оптические и другие экспериментальные методы исследования ЖК-структур сегодня фактически нереализуемы, поэтому мы сфокусировались на всестороннем численном моделировании. Мы обнаружили и подтвердили ряд ранее неизвестных эффектов, касающихся влияния стенок каналов и других факторов на текучесть и связанные с нею электрооптические свойства ЖК», – рассказал доцент ОНК «МЕДБИО» БФУ Павел Масленников.

Возможность мгновенного переключения электрооптических характеристик одной и той же ЖК-системы делает эти материалы идеальными элементами для разработки новых биомедицинских устройств, объяснили ученые. По их словам, это могут быть как мобильные домашние приборы для быстрого анализа клеток, тканей и биожидкостей, так и мощные лабораторные инструменты.

«Оптические датчики на ЖК-материалах могут полностью снять необходимость в химических маркерах и метках, вводимых в организм, поскольку молекулы ЖК усиливают оптические сигналы биологических структур. В перспективе благодаря ним можно будет создать многофункциональные «лаборатории на чипе»», – сообщил Масленников.
Кроме того, исследования поведения ЖК-материалов на границах раздела сред имеют большое значение для изучения множества биологических систем, так как, например, клеточные мембраны, фосфолипиды, холестерин, ДНК и большой ряд других структур организма существуют в жидкокристаллической фазе, подчеркнули ученые.

В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить фундаментальные исследования общих структурных закономерностей, возникающих в микро- и нанолитровых объемах жидких кристаллов под воздействием электрического поля и лазерного излучения.