液晶的性质及其在生物方面的应用.PDF

液晶的性质及其在生物方面的应用 郭琦、龙云、于聪、王琦 摘要：本文对液晶的发展史、性质、分类和应用进行了综述。着重介绍液晶的光学性质和在 生物体内以及医药方面的应用。 关键词：液晶、性质、生物、医药、应用 1 液晶概述 1.1 液晶简史 我们通常把液晶的发现归功于奥地利植物学家瑞尼泽尔（Friedrich Reinitzer ）。1888 年， 瑞尼泽尔在观察与胆固醇有关的有机物的熔融行为时，提到此物质具有两个熔点。在 145.5 ℃它溶解成一种混浊的液体，而在178.5℃时这种混浊液体便成了透明的液体。在冷却过程 中，一种蓝色短暂的出现在透明的液体变混浊时，而一种蓝紫色则出现在混浊的液体晶化之 前的瞬间。 瑞尼泽尔百思不得其解，于是给德国物理学家，相变方面的专家莱曼（Otto Lehmann ） 送去一些样品，莱曼用他的热台偏光显微镜观察到其流动性类似于液体，而光学性质又类似 于固体，这些特征的结合使莱曼最终把这类物质称为液晶。 第二次世界大战后对液晶的兴趣几乎全然消失，但在 1960 前不久情况开始有了变化， 这时由少数人对液晶进行了全面的再次审视，希望能进一步了解它们的分子结构、光学性质 以及技术应用的可能性。人们很快知道了液晶物质具有检测非常小的温度变化、机械应力、 电磁辐射以及化学环境的能力，这样通向许多可能的应用的大门打开了。1968 年美国无线 电公司的两名科学家演示了施加电压时，液晶薄层可以从混浊态切换到透明态，这是第一个 液晶显示器（LCD ），随后液晶又被用作探测某些物质的溶剂或介质，这一阵的活动产生的 液晶显示器，广泛的应用于手表、计算器、时钟、个人计算机、 袖珍电视、汽车仪表盘以及能够从透明变成不透明的窗户中。其 他应用包括液晶温度计以及热敏薄膜、高强度液晶聚合物以及用 于油回收工艺的表面活性剂。我们对液晶相理解的进展还有助于 我们对细胞膜以及某些疾病如镰刀性细胞贫血症和动脉硬化的了 图1 解。[1] 1.2 液晶的定义和性质 液晶，顾名思义，是一种介于固态与液态之间的物相，又称为介晶相。它具有长程有 序短程无序的特性。 液晶最基本的、区别于固态的性质是流动性，但液晶又与液体有显著的不同——液晶 是浑浊的。我们知道晶体是具有位置有序性的，即晶体的分子只能在所占据的一定位置上振 动。此外，在这些特定位置上，分子还受到制约，使得它们彼此间还有一定的取向。因此我 们说固相还有取向有序性。当固体熔化成液体时，这两种有序性完全丧失，分子可以随意的 移动和转动。可是当固体熔融成液晶时，可能失去了其位置有序性而保留了某些取向有序性。 在液晶中，分子以和在液体中大体相同的方式自由的来回运动，所以液晶具有流动性。但是 当它们这样做时，仍倾向于保持某个确定的取向，这个取向有序性并不像固体中那样严格和 完美，事实上液晶中的分子沿着取向方向的时间只比其他一些方向稍微多一点。这种对取向 [1] 有序性的部分保留导致了它具有特殊的光学性质， 典型的有双折射、旋光性和选择反射性。 双折射：当一束具有x 偏振和y 偏振的光入射到一种双折射物质的表面时，光束分成 两种偏振组，相互成直角振动，并以不同的速度进行。这些组分具有不同的折射角，并且是 平行的。如图2 。 图2 旋光性：胆甾型液 晶具有独特的旋光性， 这就是具有改变偏振光 振动方向的能力。旋光