Upphovsman:Wiley
Stimulikänsliga material kan reagera på fysiska krafter med strukturella fasövergångar. Detta gäller även blandningar av biopolymer -ytaktiva ämnen, en rapport från tyska och kinesiska forskare rapporterar nu. Förvånande, de nyligen antagna faserna kvarstår efter avlägsnande av spänningen och kan detekteras med en enkel optisk avläsningsteknik. Biometrisk fingeravtrycksdetektering är en attraktiv applikation för denna teknik. Resultaten publiceras i tidskriften Angewandte Chemie .
Flytande kristaller är form-anisotropa molekyler som kan anta distinkta ordnade faser, beroende på de fysiska förhållandena. Temperatur, tryck, eller laddning kan ge färgskift, omkopplare för mörkt ljus, eller ett birefraktivt utseende, som alla representerar förändringar i den molekylära ordningen. Sådana övergångar kan också förekomma i geler, och även i tvålar med micellära övergångar. Det kemiska system som utvecklats av Andreas Herrmann vid University of Groningen, Nederländerna, och kollegor vid Chinese Academy of Sciences, är ett komplex av en superladdad polypeptid med ett katjoniskt ytaktivt medel. Den viskösa vätskan antog dubbelbrytningsmönster efter helt enkelt att ha vidrörts, för att avslöja detaljer som till exempel ett fingeravtryck.
Försöker utforska biologiska vätskors beteende, forskarna designade en serie överladdade polypeptider som bildar biologiska mjuka material med intressanta egenskaper när de är ihopkopplade med molekyler som levererar motsatt laddning. De överladdade polypeptiderna bestod av fem aminosyrarepeterande enheter med en eller två negativt laddade glutaminsyrarester inom varje enhet. Som det katjoniska ytaktiva ämnet, forskarna designade en aromatisk azobensen med en positiv laddning på ena sidan och en hydrofob kedja på den andra. Tillagda tillsammans, polypeptiden och det ytaktiva ämnet bildade en vattenrik polypeptidvätskedroppe med en orange nyans. I denna vätska fann forskarna ingen molekylär ordning, dubbelbrytning, eller diffraktionsmönster, och bara en isotrop viskös vätska.
En skjuvkraft stimulerade ett annat svar. Rinnande vatten eller ett fingertryck gjorde att provet blev dubbelbrytande, och ordnade mönster var uppenbara, författarna rapporterade. Dessa ordnade strukturer liknade de långdistanslyotropa flytande kristallina faserna som är typiska för ytaktiva innehållande blandningar. Förvånande, den ordningen kvarstod, även efter att klipparen tagits bort. Ett polariserat optiskt mikroskop detekterade dubbelbrytningsmönster som känsligt registrerade strukturen hos det skjuv-applicerande verktyget. Med andra ord, detaljerna, åsarna och linjerna på fingertoppen som utgör ett fingeravtryck, var välrepresenterade i polarisationsmikrograferna.
Denna anmärkningsvärda upptäckt antyder att den överladdade polypeptidvätskan kan, i princip, användas för biometrisk detektion. Medan dagens fingeravtryckssensorer som inte är baserade på bläckutskrift är beroende av finjusterad elektronik, forskarna presenterar en annan inställning med avläsning av mikroskopisk dubbelbrytning. Dock, de exakta förutsättningarna för fasövergångarna i materialet och de underliggande mekanismerna har ännu inte utforskats, författarnas anmärkning.