Drejecylindre for at genskabe naturmønstre

Nogle af naturens mest udsøgte mønstre; blade omkring en plantes stilk, skalaer på en fyrretræ, og halen af ​​nogle vira, består af små genstande, der dekorerer et cylindrisk chassis med et specifikt mønster. Naturens foretrukne byggemetode er gennem selvsamling, processen, hvor individuelle komponenter autonomt og spontant organiserer sig i ordnede strukturer. Henter inspiration fra naturen, forskere ved Center for bløde og levende ting, inden for Institute for Basic Science (IBS, Sydkorea), fundet de betingelser, der er nødvendige for dynamisk opbygning af store strukturer fra små genstande i spundne cylindre. Mens naturen giver os smukke eksempler på mønstre, såsom DNA -tråde, at genskabe de samme rørformede strukturer i laboratoriet har været svært, især hvis to eller flere slags partikler bruges sammen.

Forskerne udtænkte en metode til at komprimere forskellige partikler eller form af bobler i en cylinder ved at udnytte centripetalkraften af ​​et roterende væske. På grund af denne kraft, væske med højere densitet skubbes ud, mens materiale med lavere densitet drives til midten. Når den tættere (tungere) væske roterer, de lettere partikler inde i cylinderen anbringes i en rørformet samling. Tidligere rørformede samlinger er blevet undersøgt på en helt anden måde, såsom stempling af rammer. Oprettelse af rørformede krystaller under ikke-ligevægtsbetingelser i en roterende referenceramme er et konceptuelt nyt forsøg på deres selvsamling. Ved at bruge denne metode, det er muligt at lave rørformede krystaller af to slags partikler, som ikke var lavet før.

Den første forfatter, Lee Tae-hoon, en kandidatstuderende, sagde, "Denne undersøgelse kan udvides til forskellige systemer, herunder bløde enheder, såsom bobler eller måske endda levende celler. "Det menes, at dette arbejde vil bidrage til skabelsen af ​​forskellige former for mikrokompositter, hvor partiklerne kan nå kolloidale dimensioner, gør disse strukturer nyttige i, for eksempel, fotoniske applikationer.

Udførelse af denne form for eksperiment har traditionelt været nødt til at håndtere problemer forårsaget af tyngdekraften. Når tyngdekraften er til stede, sedimentering forekommer, hvilket har ført til nogle undersøgelser foretaget på den internationale rumstation, hvor tyngdekraften fjernes fra ligningen. "Det, vi formåede at gøre ved at bruge roterende væsker, er effektivt at slukke tyngdekraften, fordi vi slog den mod den flydende kraft. Tyngdekraften er altid der, men vi indførte en kraft, der præcist matcher den. På en eller anden måde, vi er i stand til at lave et eksperiment på Jorden, der normalt ville kræve det ydre rum, nulgravitationsbetingelser. "forklarer Bartosz Grzybowski, der ledede undersøgelsen.

Nu hvor forskerne er i stand til at kontrollere grupper af partikler ved hjælp af rotation, de vil fokusere på at kontrollere individuelle partikler. Det er muligt at flytte en enkelt partikel i et 3D-rum ved hjælp af lasere (optisk pincet) eller magneter (magnetiske fælder), men begge metoder kræver omfangsrige faciliteter. Bartosz Grzybowski forklarer:"Hvis du vil fange en partikel og flytte den til et ønsket sted i 3D, kræver det normalt ret meget udstyr. Men nu ved vi, hvordan man manipulerer små objekter ved væskestrømme i en roterende referenceramme. , hvordan man manipulerer partikler i 3D, og faktisk placere dem som med en pincet, selvom vi ikke har nogen pincet. "Ud over at studere virkningerne på faste partikler, deres bobleformstudier fører til forsøg på stadig mindre enheder; celler. Evnen til forsigtigt at anvende kræfter på bløde genstande kan potentielt føre til kontrol af cellernes funktion, mens disse celler stadig holdes i live.