与生命共舞，神奇的液晶材料
液晶是一种既能像液体一样流动，又能像晶体一样对光的传播的偏振进行调节，因为它们通常由较长的有机分子构成，并在外部电磁场作用下，分子的长轴因介电效应会随外电磁变化改变指向。根据形成条件和组成不同，可将液晶分为热致液晶和溶致液晶。
图1 液晶材料在偏光显微镜下的形貌
溶致液晶与我们的生命息息相关。生物体的细胞膜和细胞核都是溶致液晶结构；脑、肌肉、腱、血液、卵巢以及神经等健康的生物体组织也都是溶致液晶结构；而神经冲动的传导，脂肪的消化等生命现象也与液晶相关，可以说没有液晶就没有生命。在众多的仿生载体中，反向溶致液晶具备独特的性质。由于其复杂的拓扑学结构，这类载体可以容纳具有不同特性的分子[1,2]。反向溶致液晶纳米粒及其聚集体所具备的多样的晶格结构，使其可应用于多个领域，包括药物递送、食品、化妆品、材料科学等。
图2 不同脂质纳米粒子的3D示意图。A．脂质体；B. 可电离脂质纳米粒；C. 反向立方相纳米粒（Im3m结构）；D. 反向六角相纳米粒
图3 反向溶致液晶的应用
立方液晶和六角脂质体作为纳米结构化液晶颗粒，已用于递送药物的生物相容性纳米载体，相比传统液态颗粒具有优异性质，具有更高的包封效率和保留效率，更好的化学稳定性、生物有效性和可控释放[3]。
图4 具有正向和反向自组装结构的脂类和胶体分散体在稀释水溶液中的典型溶致液晶相
图5 反向立方相和六方相的示意图以及疏水性、亲水性和两亲性生物活性化合物的可能位置
图6 (A)苯妥英在鲨油醇、纳米立方液晶和hexosomes中的脑递送和代表性的冷冻透射电子显微镜显微图像;(B)氨基脂质掺杂GMO纳米载体的相变示意图
更神奇的是，液晶还是生命的核心。有一种特殊的二维液晶，它卷曲形成闭合球面，组成了细胞表面以及细胞内不同功能单元之间的薄膜。发现生物膜液晶秘密正是发现液晶显示原理的德国科学家W·赫尔弗里希(W. Helfrich)，利用他的液晶生物膜理论，液晶膜能选择性地让各类不同物质通过，从而让细胞可以进食、消化、排泄与呼吸，它们还会生长、发芽和分裂，都可以用这个生物膜的液晶理论完美解释[4]。
图7 液晶显示的原理及生物膜模型
总之，液晶是一种很神奇的材料，目前已被广泛应用于医学、环境科学等领域，发展前景巨大。
参考文献
[1] L. van ‘t Hag, et al, Lyotropic liquid crystal engineering moving beyond binary compositional space–ordered nanostructured amphiphile self-assembly materials by design, Chem. Soc. Rev., 46 (2017) 2705-2731.
[2] C. Fong, et al, Lyotropic liquid crystal engineering–ordered nanostructured small molecule amphiphile self-assembly materials by design, Chem. Soc. Rev., 41 (2012) 1297-1322.
[3] Chen Tan, Seyed Fakhreddin Hosseini, and Seid Mahdi Jafari, Journal of Agricultural and Food Chemistry ,5 (2022) 1423-1437.
[4] 《科学大家》| 揭开红血球双凹碟形之谜.
