Masa depan cerah bagi likuid kristal

Saintis Menulis
Oleh RAUZAH HASHIM

Tidak ramai mengenali perkataan liquid crystals apatah lagi dengan istilah bahasa Melayunya `cecair-hablur', walaupun LCD (liquid crystals display) adalah perkataan lazim digunakan iaitu peranti petunjuk paparan elektronik.

Sebenarnya LCD menggunakan bahan kimia dipanggil liquid crystals atau cecair hablur. Atau lebih mudah, gunakan sahaja istilah likuid kristal menggantikan liquid crystal. Sebabnya jelas seperti berikut.

Istilah mengelirukan liquid crystal atau likuid kristal merujuk kepada fasa cecair yang mempunyai susunan seperti hablur (kristal). Ia cecair atau lebih dikenali dengan benda lembut (soft matter) bukan keras seperti kristal atau pepejal. Biasanya fasa jirim dikenali sebagai pepejal (atau kristal), cecair dan gas.

Contohnya bagi air, fasa pepejalnya adalah ais, fasa cecairnya adalah air biasa dan fasa gasnya adalah wap air. Fasa likuid kristal atau disebut juga sebagai `fasa keempat' jirim, wujud di antara pepejal dan cecair (cecair isotropik). Walaupun kebanyakan bahan menunjukkan hanya tiga fasa iaitu pepejal, cecair dan gas, namun masih banyak bahan lain menunjukkan fasa perantaraan fasa likuid kristal.

Maka likuid kristal adalah fasa perantaraan yang digelar mesofasa (mesophase) - (meso berasal daripada perkataan Greek membawa makna `di antara').

Fasa ini aneh kerana mempamerkan kelakuan perantaraan; ia mengalir macam bendalir (cecair) sedangkan kelakuan optiknya (iaitu bila fasa berinteraksi dengan cahaya) ia mirip fasa pepejal (kristal) iaitu fasa tersusun dan bertertib.

Walaupun teknologi LCD dikenali sejak dua tiga dekad lalu, sains likuid kristal bukan baru. Fasa ini mula dikenal pasti pada 1888 oleh saintis Austria, Friederich Reinitzer yang mengesyaki suatu bahan kimia (cholesteryl benzoate) berkelakuan aneh bila dicairkan.

Beliau menghantar bahan tersebut kepada ahli fizik Jerman, Otto Lehmann supaya diselidiki lebih teliti melalui mikroskop berkutub. Dari pemerhatian mikroskop, kelakuan aneh bahan disahkan berpunca daripada sifat bahan yang bertertib macam kristal walaupun mengalir seperti air. Lehmann menamakan fasa tersebut `kristal mengalir' iaitu Fliessende Kristalle (flowing crystal) dan kemudiannya memanggilnya Flussige Kristalle iaitu liquid crystals (likuid kristal).

Kegunaan likuid kristal bukan hanya LCD, namun dalam tahun 1970-an apabila Twisted Nematic (TN-LCD) diperkenalkan, sains likuid kristal mengalami satu ledakan. Selepas itu kajian terhadapnya tidak terhad hanya kepada keasyikan saintifik.

Saintis mencari asas baru yang boleh digunakan untuk mengeksploitasi fasa tersebut dalam pelbagai aplikasi moden termasuklah smart windows, memory cell, new polymer dan sebagainya. Pelbagai teknologi LCD baru dibina dari STN (super twisted nematic), TFT (thin film transistor) hinggalah kepada LCD ferroelektrik.

Di Malaysia terdapat beberapa industri LCD dan satu-satu yang dipunyai oleh rakyat tempatan adalah Crystal Clear Sdn. Bhd. Yang sebenarnya likuid kristal bukan kristal dan ia juga tidak jelas atau clear kerana pada hakikatnya likuid kristal adalah cecair dan keruh.

Kekeruhan bukan disebabkan wujud kotoran atau keladak tetapi semata-mata kerana interaksi fasa dengan cahaya.

Tahun 1980-an dan 90-an memperlihatkan pengembangan sains likuid kristal merangkumi sistem swa-tersusun dan swa-organisasi, iaitu pelbagai sistem supramolekul dari selaput sel, surfaktan (bahan aktif permukaan iaitu sabun), zarah koloid dan sebagainya.

Sekali lagi, hubungan likuid kristal dengan benda semula jadi telah diketahui sejak awal lagi. Malahan gambar mikroskop tekstur likuid kristal yang pertama dirakamkan pada tahun 1850-an adalah myelin, iaitu selaput yang terdapat pada sel otak.

Dalam kes ini, pembentukan fasa perantaraan (mesofasa) berlaku kerana interaksi bahan larut seperti air dengan bahan yang molekulnya mempunyai dua sifat berlawanan (amfifil) iaitu satu bahagian menggemari air dan satu bahagian lain mengelak air.

Kewujudan dua sifat berlawanan dalam satu zarah (benda) menyebabkan muncul sifat swa-tersusun. Alam semula jadi mengekploitasikan hal ini untuk membantu pelbagai fungsi sistem biologi.

Selaput membentuk dinding bagi sel memenuhi beberapa fungsi. Contohnya, ia menahan kandungan sel tersebar keluar dan menahan benda perosak (seperti virus) masuk.

Namun selaput berfungsi memasukkan dan mengeluarkan ion, enzim dan bahan kimia yang berpatutan di antara sel dan sekelilingnya. Sekiranya selaput sel adalah dinding yang keras fungsi tersebut tidak terlaksana.

Satu lagi bahan utama selaput sel adalah glaikolipid iaitu sebatian kimia yang mengandungi kumpulan gula (seperti glukosa) dan lipid (minyak). Dalam selaput sel, ia berperanan sebagai perantara proses pengenalan antara sel-sel dan pengangkutan tertentu.

Glaikolipid juga adalah likuid kristal. Walaupun beribu kompleks glikokonjugates telah dikenal pasti dan dikaji dalam bidang biokimia, namun sifat likuid kristalnya masih kurang diketahui.

Cabaran terkehadapan masa kini ialah mengkaji sifat likuid kristal bahan dan mengaitkan sifat dan strukturnya, untuk membantu memahami proses biologi seperti fusi sel (cell fusion) dan sistem penghantaran dadah.

Selanjutnya fungsi biologi dalam sel yang membentuk organ berfungsi (seperti, otak, jantung, hati dan sebagainya) sehinggalah menjadi benda hidupan (tumbuhan dan binatang) masih banyak yang belum difahami. Namun kelakuan sistem swa-tersusun boleh difahami melalui bahasa likuid kristal.

Maka tidak salah dikatakan `hati bukan kristal', kerana hati adalah `likuid kristal' iaitu benda-benda lembut. Ini realiti dan bukan sekadar ucapan metafora.

Kebolehan membentuk struktur supramolekul tidak unik kepada glaikolipid, kerana bahan likuid kristal lain juga boleh membentuk morforlogi kompleks sepertinya. Namun kelebihan mengguna glaikolipid banyak, terutamanya dalam bio-keserasian.

Tambahan lagi kajian terhadapnya juga menambah pemahaman pelbagai proses semula jadi dan memberikan bio-inspirasi yang boleh membantu mencipta bahan baru. Glikolipid juga mempunyai potensi sebagai bahan berteknologi tinggi terutama pembentukan nanostruktur kiral (chiral nanostructure) seperti nanotiub, fiber, gel dan sebagainya.

Kewujudan pusat kiral (chiral center) dalam glikolipid memberikan fasa-fasa swa-tersusun seperti kolesterik, smectik*C dan kuib (cubic phases) bererti bahan berpotensi untuk dieksploitasikan dalam kegunaan optik tak-linear (non-linear optic, NLO).

Beberapa saintis Malaysia terlibat menjalankan penyelidikan likuid kristal secara langsung dan tidak langsung dalam pelbagai aspek. Dari aspek kimia seperti sintesis, pencirian sifat molekulnya hinggalah kepada fasanya dijalankan di Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM), Universiti Teknologi Mara (UiTM), SIRIM, Universiti Malaya (UM).

Kajian fizikal yang menjurus kepada penggunaannya terutama dalam bidang polimer (Universiti Putra Malaysia - UPM), surfaktan (UKM, UM, UPM). Kajian yang lebih memfokus kepada aspek fundamental, seperti teori dan permodelan (UM, UKM dan Universiti Sains Malaysia - USM) dan juga kesan optic tak-linear (USM, UM).

Dalam Rancangan Malaysia Ke-8, Kementerian Sains Teknologi dan Alam Sekitar (Moste) memperuntukan geran kepada sekumpulan penyelidik dari SIRIM, UM, UKM dan UiTM untuk kajian dalam sains dan teknologi glaikolipid yang meliputi sintesis kimia dan enzim, informatik, surfaktan dan sintesis bahan-bahan nano.

- PROF. MADYA DR. RAUZAH HASHIM, pensyarah di Jabatan Kimia, Universiti Malaya (UM).

Sumber dari Arkib Utusan Malaysia 30 / 11 / 2002