今日热议：我科学家首次制备出可编程控制的活性物质三维拓扑结构

　　 　　(资料图片) 　　记者从中国科学技术大学获悉，该校物理系彭晨晖教授团队与香港科大张锐教授团队合作，以各向异性的液晶材料为研究对象，利用光学构型的方法制备了可编程控制的三维拓扑结构。此项研究成果日前发表于《美国国家科学院院刊》。 　　近十年来，活性软物质的研究逐渐成为软凝聚态物理的研究前沿。而如何解析诸如拓扑缺陷、孤子和涡旋等拓扑结构，是理解处于非平衡态的活性软物质的关键所在。由于活性软物质具有内在的非平衡态属性及复杂的三维结构，对于其拓扑结构的研究一直挑战与机遇并存。 　　液晶是一类分子取向长程有序的材料。液晶分子可以自组装成一定的结构，在显示、感应、光子器件等领域有广泛应用。研究团队首先控制液晶自组装结构制备了二维拓扑缺陷，然后令此二维拓扑图案与沿特定方向的液晶分子结合，利用此两种构型之间的不兼容，制备了处于平衡态的三维拓扑结构。随后，利用光照驱动液晶分子使其处于非平衡态，并成为具备活性的软物质系统，从而实现三维拓扑结构之间的相互转换。由于在整个过程中，形成三维拓扑结构的二维拓扑图案是可预设计的，研究团队实现了以编程方式控制不同三维拓扑结构之间的转换。研究人员将生物分子置于此三维拓扑结构中，生物分子就会在拓扑缺陷阵列处完成自组装，此过程无需任何外力或外加场。此三维拓扑缺陷阵列完全由光学构型决定，且可以用光场对其进行复写。可复写的三维拓扑缺陷会被光场引导产生不同的取向，位置以及几何图案。此可编程的三维拓扑结构又可诱导其上的生物分子自组装随其变化，从而实现光控可编程生物分子自组装功能。 　　该成果首次制备了处在非平衡状态下的软物质三维拓扑结构，并利用光照实现了三维拓扑结构之间以可编程的方式进行相互转换。这项基础研究将有助于人们理解活性软物质中的三维拓扑结构。此工作中使用的通过控制分子自组装来对拓扑结构进行的编程，为将来实现可编程的生物分子自组装，以及智能活性材料等研究提供广阔的空间。审稿人给予本工作高度评价：“这项漂亮的工作是动态控制活性液晶中的相错结构领域一