Cristale lichide

Cristale lichide

Cristalele lichide sunt o clasa speciala de substante care din punct de vedere al mobilitatii se comporta ca lichidele, insa au proprietati asemanatoare cristalelor, de exemplu, optic, ele sunt birefringente. Starea de cristal lichid poate fi obtinuta prin topirea, prin racirea materialului topit sau prin actiunea unui solvent (in cazul substantelor liotrope).

In cazul substantelor de interes biologic, cristalele lichide sunt substante organice la care tranzitia solid - lichid se face prin intermediul unor stari stabile in care substanta este anizotropa, dar fluida. Aceste faze intermediare se numesc mezofaze, faze mezomorfe sau fluide condensate cu anizotropie spontana.

Orientarea spatiala a moleculelor sau a agregatelor moleculare este o caracteristica impotanta care confera substantei proprietati de cristal lichid. Pentru a se forma faze mezomorfe stabile, moleculele trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

sa fie alungite si sa aiba parti asezate in acelasi plan (exemplu ciclul benzoic);

axa lunga a moleculei sa contina legaturi duble sau triple care sa-I ofere rigiditate;

trunchiul rigid al moleculei sa contina dipoli electrici permanenti, puternici, dar si grupari care se pot polariza usor;

la extremitatile moleculei trebuie sa existe grupari dipolare slabe.

In cazul materiei vii se cunosc trei tipuri de structuri moleculare care pot indeplini aceste cerinte, si anume:

molecule organice mici, de exemplu esterii colesterorului (observatie: colesterolul insasi nu este cristal lichid);

agregate moleculare elicoidale lungi, sub forma de baghete (exemple ADN-ul si anumite virusuri);

structuri asociate care sunt amestecuri de amfoliti cu solventi polari, cum ar fi apa, obtinandu-se la o anumita concentratie o orientare a gruparilor hidrofile si hidrofobe (exemplu membrana celulara).

Cristalele lichide, in functie de conditiile de formare a fazei mezomorfe, se pot clasifica in:

a)      termotrope - care se obtin intr-un anumit domeniu de temperatura (Fig. 3.2). Dupa orientarea spatiala a moleculelor, acestea se impart in:

nemantice - in care toate moleculele se aranjeaza cu axa lunga dupa o directie preferentiala. Aceste cristale au o transparenta de 100%, insa nu au activitate optica.

colesterice - sunt formate din straturi in care moleculele sunt orientate cu axa lunga paralel. Straturile sunt rotite continuu spre stanga sau spre dreapta cu un anumit unghi, ce difera de la un strat la altul, obtinandu-se astfel o structura de tip elicoidal. Aceste cristale sunt optic active.

smectice - care au o structura stratificata, grosimea unui strat fiind egala cu axa lunga a moleculelor (exemplu mielina).

Fig. 3.2. Cristale lichide termotrope. (a) nemantice, (b) colesterice, (c) smectice.

b)     liotrope - se obtin intr-un anumit domeniu de concentratie.

Lichidele biologice, fiind formate dintr-o parte hidrofila si din doua parti hidrofobe, au un caracter amfoter. Astfel, intr-un anumit domeniu de concentratie al mediului apos, care este puternic polar, ele formeaza structuri micelare sferice, cilindrice, prismatice sau structuri lamelare (fig. 3.3.).

Fig. 3.3. Cristale lichide liotrope.

Micelele sunt complexe moleculare, rezultate in urma interactiunilor de tip van der Waals ale unor compusi moleculari, care pot fi constituiti din molecule mici sau macromolecule. Stabilitatea acestor agregate moleculare este asigurata de legaturile hidrofile si interactiunile hidrofobe.

Acest tip de structura moleculara se regaseste in membranele celulare, care au caracteristicile unor cristale lichide.