Tänk dig en mikronstor vätskekula innesluten i en tunn film, liknande filmen i såpbubblor, men består av molekyler som liknar flytande kristaller. Dessa molekyler kan sänka sin totala energi genom att rikta in sina riktningar mot sina ständigt föränderliga grannar-ett tillstånd som kallas smektisk fas. Detta innebär att staplar av parallella randliknande flytande kristallskikt bildas i filmen.
I en ny studie publicerad i EPJ E , Francesco Serafin, ansluten till både Syracuse University, New York, och Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) vid UCSB, USA, tillsammans med sin rådgivare Mark Bowick, även på KITP, och Sid Nagel, från University of Chicago, IL, USA, kartlägga alla möjliga smektiska mönster för sådana sfäriska filmer, eller säck, vid noll temperatur. De bestämmer under vilka förhållanden det blir lättare för sådana säckar att passera genom biologiska membran och, potentiellt, leverera molekyler fästa vid dem på specifika platser.
De begränsningar som åläggs att kartlägga parallella flytande kristallmolekyler till en sfärisk form ger defekter i vätskekristallen. I den här studien, författarna förutspår förekomsten av fyra defekter, skapa snedvridningar som ryms när skalet böjer sig i defektens omgivning. Den sfäriska filmen är mest flexibel, de noterar, när dess lägsta energiform ser ut som en fasetterad tetraeder med skarpa kanter och defekter lokaliserade vid de fyra hörnen. Defekterna är naturliga kandidatställen för att fästa molekyler med en speciell funktion för tillförsel till kroppen med hjälp av sådana bollformade filmer.
Beroende på lutningsvinkeln mellan de randliknande skikten i de flytande kristallliknande molekylerna och tetraederns kant, författarna identifierar olika mönster:breddgrader, parallella spiraler eller en kombination av de två. Vid noll eller 30 ° lutningsvinkel, alla lager bildar slutna latitutinala öglor som inte lätt deformeras. Vid andra lutningsvinklar, lagren bildar spiraler som tillåter lokal komprimering att sprida sig en lång sträcka längs filmen, vilket gör det lättare för dessa sfäriska filmer att deformeras och pressas genom biologiska membran.
