Наші дослідження

Рідкі кристали відкрив у 1888 р. австрійський ботанік Ф. Рейнитцер. Він звернув увагу, що у кристалів холестерилбензоат і холестерілацетата було дві точки плавлення і, відповідно, два різних рідких стану - мутне і прозоре. Проте, вчені не звернули особливої ​​уваги на незвичайні властивості цих рідин. Довгий час фізики та хіміки в принципі не визнавали рідких кристалів, тому що їх існування руйнувало теорію про три стани речовини: твердий, рідкий і газоподібний. Вчені відносили рідкі кристали то до колоїдних розчинів, то до емульсій. Науковий доказ було надано професором університету Карлсруе Отто Леманном після багаторічних досліджень, але навіть після появи в 1904 написаної ним книги "Рідкі кристали", відкриття не знайшло застосування. В 1963 р. американець Дж. Фергюсон використовував найважливішу властивість рідких кристалів - змінювати колір під впливом температури - для виявлення невидимих ​​неозброєним оком теплових полів. Після того як йому видали патент на винахід, інтерес до рідких кристалів різко зріс.

Рідкі кристали (скорочено РК) - це фазовий стан, у який переходять деякі речовини при певних умовах (температура, тиск, концентрація в розчині). Рідкі кристали володіють одночасно властивостями як рідин (плинність), так і кристалів (анізотропія). За структурою ЖК являють собою в'язкі рідини, що складаються з молекул витягнутої або дископодібної форми, певним чином упорядкованих у всьому обсязі цієї рідини. Найбільш характерним властивістю РК є їх здатність змінювати орієнтацію молекул під впливом електричних полів, що відкриває широкі можливості для застосування їх у промисловості. За типом РК зазвичай поділяють на дві великі групи: нематики і спектики. У свою чергу нематики поділяються на власне нематичнi і холестерині  рідкі кристали.

РК поділяються на дві великі групи: Нематики(нематичнi, холестерині), спектики.

Назва походить від грецького «німа» - нитка. Нематичні рідкі кристали характеризуються орієнтацією подовжніх осей молекул уздовж деякого напряму, тобто для них характерний дальній орієнтаційний порядок. Нитки рухливі і добре помітні в природному світлі. Важливими характеристиками нематричних рідких кристалів є оптична і діелектрична анізотропія. По електричних властивостях нематичнi рідкі кристали відносяться до групи полярних діелектриків з невисоким питомим опором. Впорядкованість в орієнтації поперечних осей молекул і в розташуванні їх центрів тяжіння відсутній. Це забезпечує свободу поступальних переміщень молекул. Тому в'язкість речовини в нематичнiй фазі лише незначно відрізняється від в'язкості в аморфно-рідкому стані.

Рідкі кристали холестеринного типу дають похідні холестерину, наприклад, холестерілціннамат, пропіловий ефір холестерину, і ряд інших речовин. Молекули холестеринних рідких кристалів мають форму довгастих пластинок, розташованих паралельно один одному. Своєрідна молекулярна структура холестеринних рідких кристалів обумовлює їх унікальні оптичні властивості. Холестерині рідкі кристали володіють вельми великий оптичною активністю, на два-три порядки перевищує оптичну активність органічних рідин і твердих кристалів, і різко змінюють забарвлення при зміні температури середовища на десяті долі градуса, а також при зміні складу середовища на долі відсотка.

Назва походить від грецького «смегма», що означає «мило», оскільки вперше рідкі кристали цього типу виявлені в милах. У смектичних рідких кристалах кінці молекул як би закріплені в площинах, перпендикулярних поздовжніх осях молекул. Смектичнi кристали характеризуються шаруватою будовою. Розрізняють декілька смектичних поліморфних модифікацій. Смектик - це найбільш великий клас рідких кристалів. Причому деякі різновиди смектикiв володіють сегнетоелектричними властивостями. Через високу в'язкість смектичні кристали не набули широкого застосування в техніці.

Використання рідких кристалів: один з важливих напрямків використання рідких кристалів - термографія. Термографія - це ефективний високочутливий метод для первинного обстеження і контролю за лікуванням.

Підбираючи склад рідкокристалічного речовини, створюють індикатори для різних діапазонів температури і для різних конструкцій. Наприклад, рідкі кристали у вигляді плівки наносять на транзистори, інтегральні схеми і друковані плати електронних схем. Несправні елементи - сильно нагріті або холодні, непрацюючі - відразу помітні по яскравим колірним плям.

Багатьом структурним утворенням живого організму властиво рідкокристалічний стан. Структура рідких кристалів виявилася зручною для біологічних процесів. Вона з'єднує в собі стійкість до зовнішніх впливів з гнучкістю і пластичністю.

Висновок: Рідкі кристали — речовини, що володіють одночасно властивостями як рідин (текучість), так і кристалів (анізотропія). По структурі рідкі кристали є рідинами, схожими на желе, що складаються з молекул витягнутої форми, певним чином впорядкованих у всьому об'ємі цієї рідини. Найбільш характерною властивістю рідких кристалів є їх здатність змінювати орієнтацію молекул під впливом електричних полів, що відкриває широкі можливості для вживання їх в промисловості.

Кристали виникають, як продукти життєдіяльності організмів. В морській воді розчинені різні солі. Багато морських тварини будують свої раковини і скелети з кристалів вуглекислого кальцію - арагоніту. Кристал зазвичай служить символом неживої природи. Однак грань між живим і неживим встановити дуже важко, і поняття «кристал» і «життя» не взаємовиключними. Кристали і живий організм являють собою приклади

здійснення крайніх можливостей в природі. У кристалі незмінними залишаються не тільки атоми і молекули, але також їх взаємне розташування в просторі. У живому організмі не тільки не існує постійної структури в розташуванні атомів і молекул, але ні на одну мить не залишається незмінним його хімічний склад. В процесі життєдіяльності організму одні хімічні сполуки розкладаються на більш прості, інші складні сполуки синтезуються з простих. Але при всіх хімічних процесах, що протікають в живому організмі, цей організм залишається самим собою протягом десятків років Отже, в клітинах будь-якого живого організму є щось постійне, незмінне, здатне управляти хімічними процесами, що протікають в них. Такими носіями «програми» процесів, що протікають в живій клітині, виявилися молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). У клітинах людського організму одна така молекула має кілька сантиметрів. Молекули укладаються у середині клітин. Молекули ДНК також несуть у собі повну інформацію про будову і розвиток всього живого організму з однієї тільки клітини. Діаметр ДНК 2 × 10^-9м. Такі молекули з точки зору фізики розглядаються як особливий вид твердого тіла - одномірні аперіодичні кристали. Отже, кристал - це не тільки символ неживої природи. Але й основа життя на Землі.

        Структура рідких кристалів - розчинів має величезне значення для життєдіяльності організму, наприклад для циркуляції крові, перенесення нею кисню, функціонування клітин мозку, для роботи різноманітних клітинних мембран. Дефекти структур мембрани призводять до захворювання організму. Утворення  холестеринних і тим більше рідких смектичних кристалів в крові викликає серцево-судинні захворювання. При несприятливій концентрації різних компонентів в жовчі утворюються спочатку не повністю тверді кристали, а потім і «камені».

Камені в живому організмі

Камінь - шматочок мертвої природи. І хоча ми знаємо, що утворення каменю нерідко пов'язане з життям або смертю живих організмів, але все-таки ми його різко відокремлюємо від самого організму і від тих процесів життя, які в ньому йдуть.

Однак є ряд винятків із цього правила, і справжні, типові камені, з усіма властивостями мінералу або кристала, зустрічаються в живих організмах.

Такі утворення відкриває мікроскоп в клітинах, з яких побудовані рослини. Тут ми дуже часто зустрічаємо прекрасно створені кристалики, зростки і кульки, особливо з щавлевокислого або вуглекислого кальцію. У клітинах картоплі ми знаходимо кристали білкових речовин, в деяких водоростях - кристали гіпсу. Можна привести довгий список мінеральних речовин, які відомі в клітинах рослин, накопичуючись іноді в дуже великих кількостях.

Але ще частіше і крупніше мінеральні утворення відкладаються в тваринних організмах як у здорових, так і в уражених  хворобою. У першому випадку ми знаємо цілий ряд найдрібніших кристалічних утворень - наприклад, у судинній оболонці очей деяких тварин, у відмерлих клітинах кісток, молочні камені - в молочних залозах тощо. Але набагато серйозніше  ті, які утворюються в хворих організмах з важкорозчинних солей - переважно солей кальцію - і відкладаються в тканинах, порожнинах, вивідних протоках . Жовчні камені в печінці, сечові камені в сечовому міхурі заподіюють людині багато страждань.

Рідкі кристали в біології.

 Багатьом структурним утворенням живого організму властиво рідкокристалічний стан. Структура рідких кристалів виявилася зручною для біологічних процесів. Вона з'єднує в собі стійкість до зовнішніх впливів з гнучкістю і пластичністю. Складні біологічно активні молекули (наприклад ДНК) і навіть макроскопічні тіла (наприклад, віруси) також можуть знаходитися в рідкокристалічному стані. Рідкі кристали відіграють важливу роль в ряді механізмів життєдіяльності людського організму. Деякі хвороби (атеросклероз, жовчнокам'яна хвороба), пов'язані з появою в організмі твердих кристалів, проходять через стадію виникнення рідкокристалічного стану.

Рідкокристалічний колаген – молекулярна основа рецепції електромагнітного поля організму. Колаген  — один із компонентів сполучної тканини, структура з напівпровідниковими властивостями. Об’єднуючись із молекулами води  в кластерні системи, колаген надає сполучній тканині рідкокристалічних властивостей. Така структура найбільш зручна для полегшеного проходження енергії .У рідких кристалах відбуваються швидкі фазові зміни, коли на них діють електричні та магнітні поля. Неперервний ланцюг рідкокристалічних волокон колагену  — основа сполучної тканини, що заповнює в організмі простори між органами і тканинами. Тому вона може діяти як комунікаційна система організму . Оскільки вона тісно пов’язана з іншими тканинами, то передача сигналів у цій тканині може впливати  на нормальні чи патологічні системи організму, керуючи станом здоров’я та перебігом хвороби. Оскільки в сполучній тканині наявні нервові закінчення, гормони та біологічно активні речовини, а також клітини імунної системи, то сполучна тканина є інтегрувальною регуляторною системою організму .