УФ-індуковані ефекти у нематичних рідких кристаллах з домішками стероїдних біомолекул

У другому розділі також описано проведені дослідження впливу УФ опромінювання на оптичні характеристики індукованої холестеричної фази [3*, 4*]. Залежність оберненого кроку спіралі для хіральної домішки 7-ДГХ від часу опромінювання зображено на рис. 4, із якого видно, що дія УФ радіації призводить до збільшення кроку спіралі, що, очевидно, зумовлено утворенням фотоізомерів із нижчою закручуючою здатністю або фотопродуктів, індукуючих спіраль протилежного знаку, що при довготривалій експозиції призводить до повної розкрутки холестеричної спіралі з переходом у нематичний РК.

Для індукованих холестериків, які відрізняються лише нематичною матрицею, спостерігалася різна поведінка після холестерико-нематичного переходу, а саме: незворотні (для ЖК-805) та зворотні (для ZLI-1695) процеси відновлення холестеричної фази, що на основі дослідження УФ спектрів поглинання можна пояснити різницею у накопиченні вітаміну Д, який утворюється в РК матриці внаслідок темнових реакцій. Як видно із табл. 1, вітамін Д індукує холестеричну спіраль протилежного знаку порівняно із провітаміном Д (ергостерин, 7-дегідрохолестерин), що і спостерігалось у ZLI-1695 для зворотних процесів.

На основі зменшення кількості смуг Кано-Гранжана (у клиноподібній РК комірці) та збільшення концентрації утворюваного превітаміну Д in vitro (розчин етанолу) від часу сонячного опромінювання (рис. 5а, б), та отриманої лінійної залежності (рис. 5в) запропоновано новий персональний УФ біодозиметр [4*], який робить можливим візуальне визначення поглинутого біологічно активного УФ випромінювання за кількістю зниклих смуг Кано-Гранжана під час експозиції клиноподібної РК комірки.

У третьому розділі зроблено короткий огляд методів орієнтації рідких кристалів, включаючи актуальний метод фотоорієнтації РК [16, 17], який має ряд суттєвих переваг над традиційним методом Шатлена – механічною натиркою. Метод фотоорієнтації є безконтактним і дозволяє ефективно контролювати параметри зчеплення молекул РК із молекулами орієнтуючої поверхні, використовуючи різну експозицію при опроміненні поверхні підкладки лінійно поляризованим світлом.

На початку було досліджено орієнтуючу здатність тонких плівок, отриманих адсорбцією стероїдних молекул на скляних (кварцових) підкладках із насиченого розчину в неполярному розчиннику (гексані), або нанесених на поверхню підкладок методом Ленгмюра-Блоджетт. Проведені раніше дослідження ізотерм адсорбції 7-дегідрохолестерину [18] та проведені нами дослідження А-діаграм [12*] дозволили зробити однозначний висновок про те, що у тонкій плівці довгі вісі молекул розташовані паралельно одна одній та зорієнтовані перпендикулярно до площини підкладки. Як результат, у РК комірках з такими підкладками спостерігалася гомеотропна орієнтація нематичних РК як із від’ємною (ZLI-2806, MJ-961209), так і з додатною (E7, ЖК-807) діелектричною анізотропією. Було встановлено, що багатократні фазові переходи нематик – ізотропна рідина та навпаки не призводять до орієнтаційних змін у гомеотропній текстурі нематичних РК, що свідчить про температурну стійкість плівок.

При опроміненні підкладок з плівками на основі провітамінів Д (7-ДГХ, ергостерину) лінійно поляризованим світлом ртутної лампи ДРШ-500 під кутом 450 (для забезпечення ефективної фотоізомеризації молекул на поверхні підкладки) було отримано монодоменні планарні текстури нематичних РК з напрямком директора, паралельним до напрямку поляризації УФ випромінювання. Різниця між неопроміненою (гомеотропна орієнтація – темна частина) та опроміненою (планарна орієнтація – світла частина) ділянками рідкокристалічних комірок чітко спостерігається в схрещених поляризаторах, як це видно на рис. 6. Це дає суттєву перевагу перед широковикористовуваними поліімідними покриттями, які за умов механічної натирки забезпечують лише планарну орієнтацію РК. В табл. 2 представлені результати орієнтаційних та фотоорієнтаційних ефектів, а саме тип орієнтації (гомеотропна або планарна) для РК із додатною та від’ємною діелектричною анізотропією.

Додатково нами було досліджено ефекти УФ індукованої планарної фотоорієнтації [5*] полімерними композитними плівками, які отримувались розчиненням 7-ДГХ і поліметилметакрилату (ПММА) в тетрагідрофурані при певних концентраційних співвідношеннях та подальшим нанесенням розчину методом центрифугування. Товщина плівок дорівнювала 0. 05мкм. Опромінення підкладок із композитною плівкою проводилось лінійно поляризованим світлом лампи ДРШ-500, спрямованим нормально до поверхні на відстані 25см. Для визначення напрямку вісі легкого орієнтування та енергії зчеплення використовувалась комбінована твіст-комірка [19], одна із підкладок якої мала натерту поверхню з нанесеним шаром полііміду, який забезпечує велику енергію зчеплення, а інша – нанесену композитну плівку. Експериментально визначено, що вісь легкого орієнтування нематичних РК паралельна вектору лінійної поляризації УФ випромінювання, що може бути зумовлено найбільш ефективною фотоізомеризацією тих молекул провітаміну Д, довга вісь яких збігається із напрямком поляризації [5*].

За допомогою твіст-комірки [5*], за виміряними значеннями твіст-кута (рис. 7а) було визначено азимутальну енергію зчеплення молекул РК із молекулами підкладки за формулою [19]:

 

де К – постійна пружності РК (для ZLI-4801. 000 К = 6. 510-12Н),  – кут між напрямком вектора поляризації лінійно поляризованого світла та напрямком вісі легкого орієнтування в поліімідному шарі ( = 450), t) – твіст-кут, який відповідає ділянці із певною експозицією, d – товщина комірки, яка дорівювала 60мкм.

Залежно від концентраційного співвідношення компонентів плівки