I cristalli liquidi, proprio come quelli che formano queste parole sui monitor dei computer, potrebbero essere sintonizzati per combattere i batteri o distruggere l'elettronica compromessa reagendo ai sottili cambiamenti nel loro ambiente con minuscoli, dosi misurate di liquidi o solidi.

I ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison hanno sviluppato pellicole e goccioline di cristalli liquidi che possono contenere un'ampia gamma di "micro-carico" fino a quando il loro rilascio non è innescato dal calore corporeo o da un raggio di luce o persino dalla scia di microrganismi che nuotano.

Il trucco sta nello sfruttare il modo in cui i cristalli liquidi possono essere organizzati, come il professore di ingegneria chimica e biologica di UW-Madison Nick Abbott e i membri del suo laboratorio descrivono oggi sulla rivista Natura .

"In un liquido tipico, Come l'acqua, le molecole sono tutte confuse. Un cristallo liquido è anche un liquido, ma le molecole si allineano. E si allineano su distanze molto lunghe, finché 100, 000 lunghezze molecolari, " Abbott dice. "Il fatto che si allineino in questo modo dà origine a proprietà meccaniche, ciò che chiamiamo elasticità. Stiamo manipolando quell'elasticità".

In un display a cristalli liquidi come uno schermo TV, l'orientamento del cristallo liquido viene modificato applicando un campo elettrico. Orientamenti diversi cambiano i colori e le forme sullo schermo. L'innovazione di Abbott sfrutta pellicole a cristalli liquidi altrettanto sensibili.

"Dentro il film, abbiamo messo minuscole goccioline che contengono un agente attivo. Hanno una dimensione di circa un micrometro, una piccola piscina d'acqua, " dice. "Puoi intrappolare queste goccioline all'interno della pellicola di cristalli liquidi, e in risposta agli stimoli, possiamo espellerli."

I ricercatori hanno sospeso piccole dosi di un composto antibatterico in un film di cristalli liquidi mentre le molecole del cristallo erano allineate ordinatamente in una direzione rispetto alla superficie del film e quindi hanno immerso il film in acqua con alcuni batteri.

"I batteri di solito si muovono con un flagello, una sorta di coda che ruotano che li guida attraverso il fluido, " dice Abbott. "Quello che siamo stati in grado di dimostrare è che se i batteri scendono sulla superficie del film, il movimento dei loro flagelli trasmettono uno sforzo di taglio sul film."

Lo stress interrompe l'orientamento del cristallo liquido. Mentre le sue molecole oscillano fuori allineamento e si riorientano, permettono a chiazze del micro-carico di scivolare fuori dal film per mescolarsi con l'acqua. Il cambiamento di allineamento del cristallo liquido genera anche un segnale ottico, segnalando l'arrivo dei batteri.

"La presenza dei batteri rilascia l'agente antibatterico. Quando l'agente uccide i batteri, i batteri smettono di muoversi, quindi il rilascio si ferma, " dice Abbott. "Questo è ciò che è interessante. Non sono a conoscenza di un altro materiale che abbia questa proprietà, questa sorta di controllo interno insito nella sua struttura».

Altri metodi per rilasciare piccole quantità di farmaci o sostanze chimiche tendono a richiedere il controllo dell'elettronica e delle parti mobili in minuscole valvole, o rilasciano tutto il loro carico in un solo colpo o in quantità imprecise, a differenza del cristallo liquido, che può ripetere la consegna in quantità precise.

"Un modo comune per gestire la contaminazione batterica è semplicemente lisciviare agenti batterici in una soluzione o su una superficie, ma li stai lisciviando che i batteri ci siano o no, "dice Abbott, il cui lavoro è sostenuto dall'Ufficio di ricerca dell'esercito degli Stati Uniti e dalla National Science Foundation. "Questo materiale può rimanere inattivo per molto tempo, non rilasciando nulla. È solo in presenza di un segnale dal suo ambiente, come il movimento di batteri vivi, che rilascerebbe il suo agente".

Abbott e studioso post-dottorato Young-Ki Kim, i neolaureati Xiaoguang Wang e Emre Bukusoglu, e lo studente universitario Pranati Mondkar, hanno anche dimostrato che il calore dalla superficie di un dito può indurre i cristalli liquidi a rilasciare micro-carico, e Abbott afferma che i film o le goccioline possono essere drogati con molecole che li rendono sensibili alla luce o rispondono a una carica elettrica come uno schermo LCD.

C'è un'altra caratteristica utile che i film condividono con i display a cristalli liquidi.

"Può dirti quando il micro-cargo viene rilasciato, Abbott dice, "perché c'è anche un segnale ottico generato quando il cristallo liquido viene riorientato. È autoregolante e autoreferenziale".

I film potrebbero utilizzare questo segnale integrato per annunciare quante volte hanno rilasciato il carico o quando sono finiti.

Mentre il Natura studio ha utilizzato un'applicazione antibatterica come dimostrazione, Abbott ritiene che i cristalli liquidi potrebbero essere utili in tutti i tipi di applicazioni, dalla distribuzione di farmaci per alleviare lo stress di un vaso sanguigno ristretto, al rilascio di fluidi corrosivi per autodistruggere i circuiti di un computer compromesso.