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控制水溶性軟物質的分子自組裝的研究是集物理，化學，生物多學科于一體的綜合性研究。Chromonic溶致液晶作為這一種常用的水溶性軟物質功能材料已被廣泛應用于生物及光電器件中。Chromonic溶致液晶分子呈盤狀結構，當其達到一定濃度時，分子間的相互作用會形成柱狀超分子結構，從而形成液晶相。但由于其分子間相互作用力很弱，如何有效控制此種水溶性軟物質的超分子自組裝是一個挑戰。液晶彈性體是目前被廣泛應用的一種對外界刺激響應的材料，其結合了液晶的各項異性特征以及高分子聚合物的彈性特點，在制備軟體機器人、人造肌肉及機械傳感器等方面已顯示出巨大的應用潛力。美國孟菲斯大學彭晨暉課題組提出使用光學構型的液晶彈性體薄膜來控制chromonic溶致液晶的超分子自組裝。在此研究中，該團隊首先將液晶彈性體單體與熱致液晶混合在一起，然后使用等離子超材料光罩實現了熱致液晶的光學構型，從而可進一步控制液晶彈性體單體的分子排布。當對液晶彈性體進行交聯之后，便會形成液晶彈性體薄膜，如圖1（a）-（c）所示。由于等離子超材料光罩可以實現任意光學構型，因此液晶彈性體中的高分子排布也可實現任意構型的設計，如圖1（d）-（i）所示。

圖1 （a）-（c），光控取向方法得到液晶彈性體薄膜；（d）-（i）具有不同高分子取向排布的任意構型的液晶彈性體薄膜。

隨后使用正己烷溶液將熱致液晶移除之后，樣品用刀片劈開之后，預設計的具有任意空間排布的液晶彈性體薄膜便可以用來控制chromonic溶致液晶的超分子自組裝。圖2顯示了chromonic溶致液晶的超分子取向與液晶彈性體的高分子取向一致，因此便實現了具有任意光學構型的chromonic溶致液晶的超分子自組裝結構。該團隊對于此現象給出了物理解釋，液晶彈性體中的高分子排布緊密，形成了共同取向的微納米間隔。這些微納米尺度的間隔和用光刻的方式得到的微流控通道對于chromonic溶致液晶超分子結構的效用相似，都是使chromonic分子僅在空間間隔間形成超分子自組裝結構。

圖2. 液晶高分子彈性體薄膜控制溶致液晶的分子自組裝

由于chromonic溶致液晶本身的生物兼容性，這種光學構型的水溶性軟物質可以直接用于控制細菌運動。該團隊將細菌置于chromonic溶致液晶中發現，細菌沿著提前設計的液晶彈性體的高分子排布游動，如圖3所示。這也從另一方面佐證了chromonic溶致液晶方向與液晶彈性體薄膜的構型方向一致的論點。此項研究對未來設計生物器件有重要指導意義。