À plus petite échelle, le comportement du cristal liquide peut donner lieu à de nouveaux matériaux.

Les cristaux liquides, c’est  l’état de la matière qui rend possible la technologie à écran plat couramment utilisée maintenant dans les téléviseurs et les ordinateurs, peuvent servir aussi à quelques nouveaux trucs technologiques dans le magasin.

Selon un article publié dans la revue Nature, une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’Université du Wisconsin-Madison le professeur de génie chimique et biologique  Juan de Pablo rapporte les résultats d’une étude comparative qui montre des cristaux liquides, manipulables à la plus petite échelle, qui peuvent induire de façon inattendue les molécules avec lesquelles ils interagissent et s’auto-organisent d’une manière qui pourrait conduire entièrement à de nouvelles classes de matériaux présentant des propriétés nouvelles.

“Du point de vue pratique, à très petites échelles, le modèle de la structure des matériaux devient incroyablement difficile. Mais ici, nous montrons qu’il est possible d’utiliser des cristaux liquides pour créer spontanément des morphologies nanométriques dont nous ne connaissions pas l’existence», explique de Pablo des simulations informatiques qui représentent des cristaux liquides qui s’auto-organisent à l’échelle moléculaire de telle manière qu’ils pourraient conduire à de nouveaux matériaux remarquables avec des scores d’applications technologiques.

Comme leur nom l’indique, les cristaux liquides présentent l’ordre d’un cristal solide, mais qui coulent comme des liquides. Utilisés en combinaison avec des polariseurs, des filtres optiques et des champs électriques, les cristaux liquides sont à l’origine des pixels qui font des photos nettes sur l’ordinateur mince ou les écrans de télévision. Les écrans à cristaux liquides seuls sont une industrie multimilliardaire. La technologie a également été utilisée pour faire des thermomètres ultrasensibles et a même été déployée dans les lasers, entre autres applications.

La nouvelle étude a modélisé le comportement de milliers de tiges en forme de molécules de cristaux liquides emballés dans des gouttelettes de liquide de taille nanométrique. Elle a montré que les molécules confinées s’auto-organisent dès que les gouttelettes sont refroidies. «À des températures élevées, les gouttelettes sont désordonnés et le liquide est isotrope,” de Pablo explique. “Quand on les refroidit, elles deviennent commandées et forment une phase de cristal liquide. La cristallinité liquide, à l’intérieur des gouttelettes, induit l’eau et d’autres molécules à l’interface des gouttelettes, connue en tant que tensioactifs, à organiser en nano domaines commandés. Il  s’agit d’un comportement qui n’était pas connu. ”

En l’absence d’un cristal liquide, les molécules à l’interface de la gouttelette adoptent une répartition homogène. En présence d’un cristal liquide, cependant, ils forment une nanostructure ordonnée. “Vous avez deux choses qui se passent en même temps: l’enfermement des cristaux liquides et un jeu de leur structure avec l’interface de la goutte,” note de Pablo. “Quand vous abaissez la température du cristal liquide, il commence à s’organiser et l’ordre des empreintes dans le tensio-actif lui-même, l’amenant à s’auto-assembler.”

Il était bien connu que les interfaces influent sur l’ordre ou la morphologie des cristaux liquides. La nouvelle étude montre le contraire pour être vrai aussi.

“Maintenant, vous pouvez penser à la formation de ces nano phases commandées, les contrôler par la taille des gouttelettes ou de la concentration du tensioactif, puis les décorer pour construire des structures et de créer de nouvelles classes de matériaux», dit de Pablo.

A titre d’exemple, de Pablo a suggéré que les tensioactifs couplés à des molécules d’ADN peuvent être ajoutés à la surface des gouttelettes de cristaux liquides, qui peuvent être ensuite assemblés par l’hybridation de l’ADN. Une telle ingénierie nanométrique, il note, pourrait également constituer la base pour le liquide de détection basé cristaux de toxines, des molécules biologiques, ou des virus. Un virus ou une protéine se liant à la gouttelette se modifie de la façon dont les tensioactifs et les cristaux liquides dans la gouttelette sont organisées, déclenchant un signal optique. Une telle technologie pourrait avoir des utilisations importantes en matière de biosécurité, des soins de santé et les paramètres de recherche en biologie.

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