Ученые научились завязывать молекулы, составляющие жидкие кристаллы, в разнообразные узлы. Работа исследователей опубликована в журнале Science, а ее краткое изложение приводит New Scientist.

Исследователи работали с жидкими кристаллами – веществами, обладающими промежуточными свойствами между жидкостью и кристаллом. Молекулы, из которых состоят жидкие кристаллы, обычно имеют вытянутую либо дискообразную форму. Авторы помещали в пласт жидких кристаллов частицы оксида кремния диаметром около 4,7 микрометра и зажимали всю систему между двумя стеклянными пластинами.

Гранулы были покрыты поверхностно-активным веществом, которое делало их поверхность гидрофобной. Молекулы жидких кристаллов, стремясь «защититься» от ПАВ, образовывали вокруг кремниевых гранул сложные структуры. В простейшем случае они организовывались в кольца, опоясывающие гранулы наподобие колец Сатурна, только они были ориентированы в трех плоскостях.

При помощи лазера ученые «ловили» структуры из молекул жидких кристаллов, образовавших различные структуры вокруг гранул, и соединяли их вместе. В итоге им удалось получить некоторые типичные узлы – например, два кольца, вставленных одно в другое, три кольца, соединенных таким же образом (кольца Борромео), а также узлы из двух искривленных колец в форме звезды Давида.

Созданная учеными система позволяет создавать и изучать огромное количество различных узлов – сами авторы называют цифру 10 тысяч. Помимо собственно исследования этих топологических образований описанную жидкокристаллическую систему можно использовать для изучения процессов, происходящих в живых клетках. Так, при копировании ДНК, которая скручена в двойную спираль, ферменты сначала распутывают эту структуру, а потом считывают записанную в ней информацию. Работа с системой из жидких кристаллов может помочь лучше понять этот процесс.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Uroš Tkalec, Miha Ravnik, Simon Čopar, Slobodan Žumer, Igor Muševič Reconfigurable Knots and Links in Chiral Nematic Colloids. – Science 1 July 2011: Vol. 333 no. 6038 pp. 62–65; DOI: 10.1126/science.1205705.