نظرا للأهمية الكبيرة التي تتمتع بها البلورات السائلة في حياتنا اليومية والمساحة البحثية الواسعة التي تمتلكها حتى اعتبرت كحالة رابعة من حالات المادة الرئيسية (صلب،  سائل، غاز، بلوّر سائل، بلازما )، لذلك تمتلك وظائف كثيرة في مجالات متعددة، في مجال الطب تكون مفضلة من الناحية الصيدلانية ( صناعة الأدوية ) لأنها تتكوّن عادة في أمزجة مائية ( أكثر تعقيدا ) حاوية على مادة مسطحة، ماء ومضافات غير قطبية أو غير امفيفيلية ضعيفة⁽¹⁾.

     أما في مجال الصناعة، يستعمل الطور النيماتي البلوري السائل الذي يكون أكثر حساسية تجاه المجال الكهربائي، وهذه الخاصية تستخدم للاستفادة في أنظمة العرض المتطورة ⁽²⁾بسبب كون الطور النيماتي (الخيطي) ذو بعد واحد، يملك درجة واحدة من الرتبة المجهرية، فانه يستطيع أن يستجيب مباشرة إلى المحفز الكهربائي، ولهذا السبب فأن البلورات السائلة النيماتية المظفورة (Twisted Nematic) تكون أكثر شيوعا للاستخدام في أجهزة العرض⁽³⁾.

     في السنين الماضية هنالك أبحاث أثبتت أن البلورات السائلة السمكتية الكيرالية تمتلك استجابة كهروضوئية عالية، والتي تعدّ إحدى التقنيات الشائعة التي لها مستقبل في تطبيقات وسائل العرض⁽⁴⁾. حيث تم تطبيق إشعاع الليزر في تحسين خواص البلورات السائلة (الانكسار المضاعف)، الكهربائية والبصرية⁽⁵⁾.

    يعتقد إن مصطلح البلورات السائلة غريبا" (exotics ) لكنه يغطي مساحة واسعة من التراكيب الكيميائية النموذجية ومن هذه التراكيب المشهورة:  استر الكولسترول (بنزوات الكولسترول )، بنزوات الفنيل، البارافينات، الزيوت، الدهون السكرية    (Glycolipid )، مشتقات السليلوز، الليسيثين ( Lecithin )، الحامض النووي منقوص الأوكسجين ( DNA )،  (Ganglioside )، جرافيت ( Graphite )، ثلاثي ايثانول أمين ( TEA )، حامض الاوليك ( Oleic acid )، سلسلة من البوليمرات كمتعدد اثيلين كلايكول (PEG)، أحماض عضوية متنوعة كايزوبروبايل مايرستيت (Isopropyl myristate)، السكوالين (Squalene )، زيت النفثانيك ( naphthenic ) وغيرها⁽⁶⁾. بالإضافة إلى اعتبارها مادة أساسية في العديد من الأجهزة مثل: شاشات الحاسبة، الكمبيوتر المحمول، الكاميرا الرقمية، الوسائل الحساسة للحرارة، والأجهزة الكهربائية والكهروضوئية وغيرها⁽⁷⁾.

    ومن تطبيقاتها النموذجية الأخرى هي استخدامها كصبغات ( كوليسترية )، مواد متطورة (بوليمرات بلورية سائلة LCP ) ( Kevlar, Vectra )، أغشية، ومذيبات جيدة لأجهزة    ( NMR, GC, GLC)⁽⁸⁾. 

     إن البلورات السائلة تحضى باهتمام كبير بسبب خواصها المهمة المميزة ونظرا لأهميتها جعل الكثير من الباحثين يتوجهون إلى تحضير مركبات عضوية جديدة ذات صفات مميزة للاستفادة منها في التطبيقات الصناعية والطبية المهمة:

-1 التطبيقات الصناعية:  Industrial Applications

      إن سبب الاهتمام الكبير بالبلورات السائلة وذلك لما تمتلكه من صفات فريدة مثلا: الصفات الكهروضوئية (Electro-Optic)، المغنوضوئية (Magneto-Optic)، الكهرولونية (Electro chromic) والثرمولونية (Thermo chromic)، بالإضافة إلى ميزتها العالية في أجهزة العرض هي حجمها الصغير، القابلية العالية للتكيّف لتغييرات العرض السريع، واستهلاك الطاقة الواطىء وهذه الصفات توفرها البلورات السائلة النيماتية المظفورة (TN) ومن صفاتها أيضا التباين في الصفات الفيزيائية (Anisotropy) نتيجة لطبيعتها الوسطية والتي تنشأ منها ظاهرة الانكسار المضاعف الدائري (Circular Birefringence)⁽⁹⁾.

    إن البلورات السائلة النيماتية المائلة تمتلك حدود (Indices) مختلفة من الانكسار على طول المحاور المظفورة، وهكذا يلتقي الضوء المستقطب مع الحدود المختلفة من الانكسار نتيجة لانتقاله خلال جزيئات البلّور السائل المائل (TN) لذلك سيتحرك الضوء المستقطب بسرع مختلفة ويتخذ سبيلا لولبيا (Spiral) مع التركيب البلوري الحلزوني، حيث سيمتلك هذا التركيب الطول الموجي للضوء المرئي نفسه بصورة دورية تقريبا، وتكون الألوان المنعكسة من أجهزة العرض من تلك المواد براقة جدا⁽¹⁰⁾.

- تركيب أجهزة العرض البلورية السائلة ⁽¹¹⁾:  Synthesis of LCD

     إن اغلب أجهزة العرض البلورية السائلة تكون مصنوعة من ثلاث مكونات رئيسة:   ألواح مستقطبة Polarized Panels، وأقطاب Electrodes، والجزيئات البلورية السائلة.

أولا": توضع مرآة عاكسة خلف وسيلة العرض لكي تعكس الضوء، وتوضع الصفيحة المستقطبة (Polarized Plate) على قمة هذه المرآة العاكسة والتي تكون مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك.

    إن سطوح الصفيحة المستقطبة تحتوي على أخاديد مجهرية (Microscopic Grooves) تساعد في استقامة جزيئات البلور السائل في الاتجاه المفضل مع محاورها الطولية الموازية إلى تلك الأخاديد كما موضح في الشكل الآتي:

     إن النهايات أو مراسي الجزيئات (Anchors) على طول طبقات الاستقامة تساعد في إعطاء قوة للجزيئات الموجودة مابين الطبقات المستقيمة لكي تلتوي (Twisted).

ثانيا": تكون الطبقة الزجاجية مغطاة بأوكسيد فلز شفاف (Transparent metal oxide) عادة تكون المادة الموصلة هي أوكسيد القصدير (SnO₂). 

     إن مدى سمك الفيلم الدقيق يكون بصورة نموذجية من (6-4 ما يكرون )، حيث يعمل كقطب (Electrode) من البلورات السائلة التي تكون موضوعة على طبقة الزجاج الأولى، إن طبقة البلور السائل تكون مغطاة بفلم مستقطب آخر موضوع بصورة عمودية    (زاوية ^O90) نسبة إلى الفلم الأول والصفيحتين الزجاجيتين مختومتين بمادة الايبوكسي (Epoxy)، كما موضح بالشكل الآتي:

     إن المجال الكهربائي المسلط نتيجة مرور تيار كهربائي عبر الأقطاب الكهربائية بوساطة أنواع من مجهزات الطاقة يعمل على حلّ تركيب البلورات السائلة وتعديل توجيه المحاور الجزيئية للبلورات السائلة ويمنعها من استقطاب الأجزاء القادمة من الضوء، إن المرآة الزجاجية التي تقع في الخلف تعمل على عكس ما يحصل على الخلفية، مؤدية بذلك إلى أداء العرض.

      لقد اتجه العديد من الباحثين حديثا إلى إنتاج أجهزة عرض حديثة مثل: أجهزة العرض الضيف – المضيف (Guest-host Liquid Crystal Display) حيث تم استخدام ثنائية اللون (Dichromic dyes) لإعطاء تباين لوني ملائم⁽¹²⁾.

-2  التطبيقات الطبية:                        Medical Applications

     إن اغلب البلورات السائلة الثرموتروبية تُظهر تغير لوني متناسق أو منسجم مع درجة الحرارة، وهذه الصفة الثرمولونية يمكن استخدامها لتحديد المنطقة ذات درجة الحرارة المرتفعة تحت الجلد بسبب الأمراض المختلفة، أبرزها السرطانية⁽¹³⁾.

    إن البلورات السائلة الكوليسترية (النيماتي-الكيرالي) تستخدم بصورة شائعة في المحار ير الطبية لقابليتها على التحسس الدقيق لدرجات الحرارة حيث يمكن تشخيص الخلايا السرطانية مبكرا، باستخدام محرار مكون من بلورة أسترات الكولسترول، حيث إن التغير في درجة الحرارة يسبب تغير في درجة الميل للتركيب الحلزوني ولذلك يحدث تغيير في اللون للضوء المنعكس، والتغيرات اللونية هذه تظهر مرة أخرى عند التبريد ولكن بصورة معكوسة، كذلك يمكن استخدامها في تشخيص الحروق وذلك من خلال قياس درجة حرارة الحروق عن طريق تشخيص ألوانها⁽¹⁴⁾.

   هناك تطبيقات حيوية للبلورات السائلة اللايوتروبية بشكل واسع في الطبيعة، مما هو معروف إن الأطوار الوسطية اللايوتروبية تتكون بفعل تأثير حجوم معينة من مذيبات قطبية على القوى الرابطة لمركبات عضوية معينة ولذلك فان تركيب هذا النوع من الأطوار البلورية السائلة اقرب إلى محيط الأنظمة الحياتية والتي تشمل: الحامض النووي (DNA)، فيروسات معينة، الصابون، الأدوية المضادة لمرض الربو (Asthma)، الأعصاب (Nerves) بصيغة النواقل (Lipoidal)، أنسجة الدماغ (Brain Tissue)، الأوعية الدموية (Blood Vessels)⁽¹⁵⁾.

    لقد بيّن (Ibrahim)(1989)⁽¹⁶⁾ تحرر حامض السالسيليك (Salicylic acid) كنموذج علاج من الأنظمة البلورية السائلة اللايوتروبية عبر النواقل (Lipoidal) ومن ثم إلى المحلول المنظم المائي في الجسم، ولهذا فهي وسيلة لتشخيص عدد كبير من الأمراض نذكر منها على سبيل المثال، فقر الدم المنجلي، حصى المرارة، مرض تصلب الشرايين، التخطيط الحراري.

   ونظرا لاحتواء البلورات السائلة إلى تراكيب مشابهة إلى تلك الموجودة في الأغشية الخلوية (Cell Membranes)، حيث تعمل كنماذج حيوية طبيعية (Biophysical models) مفيدة من الناحية التركيبية ووظيفيا من ناحية الأغشية الخلوية.

- مرض تصلب الشرايين الحاد:

       إن مرض تصلب الشرايين متعلق بوجود زيادة من الكولسترول غير المقترن (كولسترول أحادي الماء) في دم الإنسان وبالتالي يتراكم على جدران الأوعية الدموية، حيث أن الكولسترول الغير مقترن في الأنظمة الحية غير ذائب في الماء لذلك يترسب على جدران الشرايين.

      لقد طبق الباحث (Bogardus)⁽¹⁷⁾ مبدأ تكوين البلورة السائلة اللايوتروبية وذلك بإذابة وإحلال الكولسترول (Solubilization & dissolution)، الذي يعدّ المكّون الرئيسي لحصى المرارة (Gallstones).

     لقد وجد إن إضافة مركبات الدهون الفوسفاتية مثل الليسيثين (Lecithin) يزيد من ذوبان الكولسترول بوجود الماء ليكون المركب البلوري السائل اللايوتروبي الذي مكوناته (كولسترول، ماء، ليسيثين) ومن خواصه السيولة وبذلك يعالج مرض تصلب الشرايين حيث وجد انه يعطي الطور الرقائقي باستخدام المجهر الضوئي المستقطب.

    إن مادة الصفراء تتكون من مكونات ثلاثة هي (كولسترول، أملاح حامض الصفراء، ماء)، يمكن تكوين أطوار بلورية سائلة في النسب الصحيحة، وإذا اختلفت النسب تؤدي إلى تكوين حصى المرارة.

   إن الكولسترول يتحول إلى الطور البلوري السائل عند وجود مركب أوليت الصوديوم (Sodium Oleate) والماء، حيث إن الكولسترول يذاب بسرعة من سطح حصى المرارة.   

----------------------------------------------------------

1-M.J.Gautherie, “Phys.Radium”,paris,30,122,(1969).

2-S.Chandrasekhar, “Liquid Crystals”, Cambridge University press, Cambridge Monographs on Physics, London,42,(1977).

3-S.E.San,O.Koysal & F.N.Ecevit,Opt.Commun.,212,405,(2003).

4-V.Urruchi,I.Perez,G.Vazquez & J.M.S.Pena, “Electronic-LiquidCrystal Communications”, (e-LC),(2003).

4-S.Eren San,O.Koysal,S.Ozder,F.Ecevit., “Turk J.Phys.”,27,279, (2003).

5-G.W.Gray, “Thermotropic Liquid Crystals”,Jhon Wiley & Sons, Ltd.,Aug.,(1984).

6-F.Dazai,T.Uchid & M.Wada, “Mol.Cryst.Liq.Cryst.”,34,197,(1977).

7-H.Kelker,“Liquid Crystals in Chromatography”,in G.H.Brown,ed., Advances in Liq.Cryst.,2,Academic press,New York,(1976).

8-M.Yoshiyama, “Mol.Cryst.Liq.Cryst.”,68,247,(1981).

9-“Polymers & Liquid Crystals” ,Case Western Reserve University, Cleveland,Ohio,(2001).

10-Agamanolis and Stefan, “Liquid Crystal Displays: Past, Present, and Future”, Massachusetts Institute of Technology, Spring,(1995).

11-H.Masood,M.Sc.Thesis,Hull University,London,England,(1983).

12-R.Parker,U.S.Patent,3,861,213,(1975).

13-In Ref.20,Ch.12,168,(1979).

14-E.S.Selawry,et.al., “Mol.Cryst.Liq.Cryst.”,1,175,(1966).

15-H.G.Ibrahim, “S.Pharm.Sci.”,78,683,(1989).

16-In Ref.20,Ch.12,169,(1979).

17-G.H.Brown, “Am.Scientist”,60,64,(1972).