Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology hebben ontdekt dat een materiaal dat al tientallen jaren wordt gebruikt om voedselproducten te kleuren, variërend van maïschips tot ijsjes, mogelijk veel verder gaat dan kleurstoffen voor levensmiddelen.

In een studie gepubliceerd op 23 maart in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences , beschreven de onderzoekers hoe een klasse van in water oplosbare vloeibare kristallen, genaamd lyotrope chromonische vloeibare kristallen, vertoonde onverwachte kenmerken die kunnen worden benut voor gebruik in sensoren en andere potentiële toepassingen.

"We probeerden het aggregatie- en fasegedrag van deze plankachtige moleculen te begrijpen als een functie van temperatuur en concentratie, " zei Karthik Nayani, een voormalige Georgia Tech-student die aan het probleem werkte. "Wanneer waargenomen onder gekruiste polarisatoren in een optische microscoop, vloeibare kristallen kunnen prachtige texturen vertonen die verwijzen naar hoe de moleculen zelf zijn gerangschikt."

Om enkele fundamentele vragen over het fasegedrag van het materiaal te beantwoorden, de onderzoekers gebruikten de microscopen om de texturen van de moleculen te observeren toen ze beperkt waren tot druppeltjes die bekend staan ​​​​als tactoïden.

"Verrassend genoeg, we hebben een configuratie gevonden die nog niet eerder is gezien in de 70 jaar dat mensen vloeibare kristallen bestuderen, " zei Mohan Srinivasarao, een professor aan de Georgia Tech School of Materials Science and Engineering. "Historisch, vloeibare kristallen in tactoïden komen overeen met wat bekend staat als een bipolaire en een bipolaire configuratie met een twist. Bij lagere concentraties, we ontdekten dat deze vloeibare kristallen op een concentrische manier gerangschikt zijn, maar een die vrij lijkt te zijn van een enkelvoudig defect."

De onderzoekers gebruikten vervolgens een eenvoudig model van het aggregatiegedrag van deze moleculen om deze verrassende resultaten te verklaren. Verder, spectroscopische experimenten met behulp van gepolariseerde Raman-microscopie werden uitgevoerd om hun bevindingen te bevestigen.

Deze nieuwe bevindingen dragen bij aan het groeiende begrip van hoe chromonische vloeibare kristallen kunnen worden gebruikt in detectietoepassingen, zei Srinivasarao. De kristallen zijn in water oplosbaar en reageren dramatisch als ze worden beperkt tot bepaalde patronen, zoals tactoïde druppeltjes, concentraties, en temperaturen. Het reactievermogen van het materiaal op het veranderen van zijn omgeving kan mogelijk worden gebruikt om de chiraliteit - of 'handigheid' - van moleculen te voelen, zei Srinivasarao.

"Deze materialen hebben geen chiraal centrum, maar ze vertonen een chirale structuur, "Zei Srinivasarao. "Dat op zich is al heel interessant."

Die bevinding kan nuttig zijn bij het beantwoorden van dat soort vragen, hij zei.

"Er zijn veel mensen die bestuderen waarom op planeet Aarde alle aminozuren een handigheid hebben, de een en de ander niet, ' zei Srinivasarao. 'Waar komt deze handigheid vandaan?'