Dråbetog afslører, hvordan naturen navigerer i blodtrafik

Nær et afgørelsespunkt, onlinetrafikkort anbefaler en mindre overfyldt rute over de andre måder med flere langsomme steder. For de fleste af os, valget virker klart. Stadig, har du nogensinde spekuleret på, om denne kollektivt foretrukne én sti kan resultere i en ny trafikprop langs den valgte vej? Ja, trafikbelastninger ændres konstant, efterhånden som akkumuleringen af ​​chaufførernes præferencer for den "hurtigere vej" skaber nye problemer. Disse vekslende grupper i et system kaldes en netværksoscillation. Fra veje til computerkabelroutere og blodkar, vores liv er vævet i netværk af netværk. Oscillation er et allestedsnærværende fænomen af ​​netværk, som er kendetegnet ved sæt noder og stier at vælge imellem.

Forskere ved Center for bløde og levende ting, inden for Institute for Basic Science (IBS) i Sydkorea, i samarbejde med det polske videnskabsakademi (PAN), rapporterer, at de opdagede spontane svingninger i mikrofluidiske dråbenetværk. Forskerne har med succes modelleret netværkskanaler svarende til vores blodkapillærer på den enkleste måde, der indeholder en eller to sløjfer. De antyder også, at kollision mellem blodlegemer og uregelmæssighed i tykkelse kan dæmpe svingninger i de biologiske netværk. Denne undersøgelse kan hjælpe os med at forstå fremkomsten og den tilsvarende adfærd af oscillationerne af blodgennemstrømningen i mikrovaskulære netværk.

Anerkendt for sit potentiale for behandling af prøver i isolerede dråber gennem mikrokanaler, mikrofluidik er et af de mest lovende områder for nye videnskabelige eksperimenter og innovationer. På trods af et sådant potentiale, tidligere mikrofluidiske undersøgelser er begrænset til simple kanaler, hvor en sådan svingning ikke ville have været til stede. IBS-forskerne har designet et nyt eksperimentelt system til at undersøge dråbetrafik i indviklede netværk. Består af forskellige grene hver med interne løkker, de mikrofluidiske netværk er i en symmetrisk form, så hver gren har lige stor sandsynlighed for at blive valgt af dråber. (Fig. 1a)

I forsøget, dråber spredte sig oprindeligt ensartet i netværket, ligesom lange kæder af togvogne, der bevæger sig med jævne mellemrum. (Fig. 1b) Som tiden går, de organiserer sig langsomt i en flok, som om at blive tilstoppet på den gren, mens den anden gren efterlades fri. Denne flokking svinger periodisk mellem de to hovedgrene (fig. 1c-d). Dr. Olgierd Cybulski, den første og medsvarende forfatter til denne undersøgelse sagde, "Vi har bevist, at denne svingning er et vedholdende og selvbærende fænomen i mikrofluidiske netværk. Selv når et netværks dimensioner og topologier varierede, de spontane svingninger blev konsekvent fundet. Dette forklarer mekanismerne bag den vedvarende oscillation i blodkapillærer, som blev opdaget for næsten hundrede år siden. "

Påfaldende nok, denne undersøgelse viser, hvordan denne vedvarende svingning er reguleret af naturen. Store oscillationer i vaskulære netværk kan forårsage ubalance i blodgennemstrømningen, resulterer i forhøjet blodtryk og iltmangel. Forskerne fandt ud af, at tilføjelse af en tilfældig variabel til et netværk gennem computersimulering afhjælper overbelastning af blodtrafikken. Dette tyder på, at uregelmæssigheder i blodgennemstrømningen, såsom cellekollisioner eller diametervarianter, hjælper os med at undgå farlige svingninger i et mikrovaskulært netværk.

"Denne undersøgelse afslører mekanismen for mikrofluidiske netværk, øge vores forståelse for blodkapillærer, "forklarede Bartosz Grzybowski, en gruppeleder for IBS-centret og medkorresponderende forfatter af undersøgelsen. "At lære af naturen, menneskeskabte mikrofluidsystemer vil give en ny platform til at splitte og flette dråber i fremtiden, ved hjælp af netværksoscillationer, "tilføjer han.

Undersøgelsen er offentliggjort i Naturfysik .