Fizikçiler, aktif madde öz-organizasyonuna giden yeni bir yol keşfediyor

Fizikçiler, aktif madde öz-organizasyonuna giden yeni bir yol keşfediyor
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


Şekil: (a) Bakteriyel aktif maddenin oluşturduğu dev bir girdabın mikroskopi görüntüsü. (b) Dev bir vorteksin anlık hız alanı. A, b’deki ölçek çubuğu 250 µm’dir. (c) Burulma sarkacı gibi salınan dev bir girdabın dönüş yönünün periyodik olarak değiştirilmesi. (d) Salınımlı dev bir vorteksin faz uzayı yörüngesi. Kredi bilgileri: CUHK

Hong Kong Çin Üniversitesi (CUHK) Fizik Bölümü Doçenti Profesör Yilin Wu liderliğindeki uluslararası bir ekip, aktif madde bilimi alanında yeni bir kavramsal ilerleme kaydetti. Ekip, aktif sıvıların uzay ve zamandaki kendi kendine organizasyonunun viskoelastisite adı verilen tek bir malzeme özelliği tarafından kontrol edilebildiği yeni bir rota keşfetti. Bu yeni bulgu, elektronik devrelere dayanmadan yumuşak robotların ritmik hareketini kontrol etme yeteneği ve mikrobiyal fizyoloji çalışması gibi kendi kendine çalışan yeni bir cihaz ve malzeme sınıfı üretmenin yolunu açabilir. Bilimsel dergide yayınlandı Doğa.

Hızla büyüyen ve disiplinler arası bir alan olan aktif madde bilimi çalışma sistemleri, mekanik iş üretmek için enerjinin yerel olarak harcandığı birimlerden oluşur. Aktif madde, hücrelerden hayvanlara kadar tüm canlı organizmaları, moleküler motorlarla tahrik edilen biyopolimerleri ve sentetik kendinden tahrikli malzemeleri içerir. Bu sistemlerden öğrenilen kendi kendine organizasyon (bireysel birimler arasındaki etkileşim yoluyla sıralı yapılar üretme süreci) ilkeleri, doku mühendisliğinde ve biyo-esinlenilmiş yeni cihazlar veya malzemeler üretmede uygulamalar bulabilir.

Çalışma, Profesör Wu ve eski doktorası tarafından tasarlandı. öğrenci Song Liu (şu anda Kore’deki Temel Bilimler Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı). Hareketli mikroorganizmalardan oluşan aktif sıvılara odaklanarak, biyolojik aktif maddede kendi kendini organize etmenin fizik fenomenini anlamaya uzun vadeli bir ilgileri vardır. Daha önce yayınlanan bir makalede denizaşırı fizikçilerle birlikte çalıştı. Doğa 2017’de, biyolojik kolektif salınım için zayıf bir senkronizasyon mekanizması bildirdiler; burada sağlam zamansal düzen, bakteriyel süspansiyonlardaki tek tek hücrelerin çok sayıda düzensiz, ancak zayıf şekilde bağlanmış yörüngelerinden ortaya çıktı. Bununla birlikte, uzaysal ve zamansal düzenin eşzamanlı kontrolü daha zordur.

Yeni çalışmada, CUHK araştırma ekibi, deformasyon altında hem sıvı benzeri hem de katı benzeri tepkilere sahip olan karmaşık sıvıların ortak bir özelliği olan viskoelastisitede ipuçları buldu. Ekip, bakteriyel bir aktif sıvının viskoelastisitesini DNA polimerleriyle değiştirirken olağanüstü fenomenler buldu. Bakteriyel aktif sıvı önce uzayda milimetre ölçeğinde dönen bir vorteks olarak kendi kendine organize olur, daha sonra dev vorteks küresel kiralitesini kendi kendine çalışan bir torsiyonel sarkaç gibi periyodik olarak ayarlanabilir frekansla değiştirirken zamansal organizasyon gösterir. Ekip, bu çarpıcı fenomenin muhtemelen aktif zorlama ve viskoelastik stres gevşemesi arasındaki etkileşimden kaynaklanabileceğine inanıyordu. Viskoelastik gevşeme, karmaşık bir sıvı deforme olduğunda katı benzeri yanıtlardan sıvı benzeri yanıtlara geçişe karşılık gelen bir zaman ölçeğinde meydana gelir.

Gözlemlenen fenomeni daha iyi anlamak için, CUHK araştırmacıları, Santa Barbara’daki Kaliforniya Üniversitesi Profesörü Cristina Marchetti ve eski doktorası olan teorik fizikçilerle bir araya geldi. öğrenci Suraj Shankar, şu anda Harvard Üniversitesi Genç Üyesi. İki teorisyen, bakteriyel aktiviteyi, polimer elastik stresini ve bakteriyel hız ve polarizasyon alanlarını birleştiren bir aktif madde modeli geliştirdi. Modelin analizi ve bilgisayar simülasyonları, tüm önemli deneysel bulguları yeniden üretir ve ayrıca viskoelastik gevşeme ve aktif zorlamanın zaman ölçekleri arasındaki rekabet açısından mekansal ve zamansal düzenin başlangıcını açıklar.

Bu yeni bulgular, deneysel olarak ilk kez materyallerin viskoelastisitesinin aktif maddenin kendi kendine organizasyonunu kontrol etmek için kullanılabileceğini göstermektedir. Denge dışı fiziğin gelişimini besleyecek ve yeni bir uyarlanabilir kendi kendine çalışan cihazlar ve malzemeler sınıfının üretilmesinin yolunu açabilir. Örneğin, yumuşak robotların çalıştırma sistemlerine bağlandığında, milimetre ölçeğinde ayarlanabilir ve kendiliğinden salınan girdap, programlanmış mikroakışkan pompalama için zamanlama sinyalleri sağlayan ve yumuşak robotların ritmik hareketini kontrol etmek için, olmadan bir ‘saat üreteci’ olarak kullanılabilir. elektronik devrelere güvenerek. Dahası, biyofilmler ve hayvan gastrointestinal sistemlerinde bulunan bakteriler genellikle uzun zincirli polimerlerde bol bulunan viskoelastik sıvılarda yüzerler. Yeni bulgular ayrıca, ortamın viskoelastisitesinin, bakterilerin kolektif hareket modellerini değiştirebileceğini ve böylece biyofilmlerin dağılımını ve bağırsak mikrobiyomunun translokasyonunu etkileyebileceğini ileri sürüyor.


Damlacıklar, jel yüzeylerde cesurca davranışlar sergiler


Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »