Forskere afslører principper for universel selvsamling

Årevis, forskere har søgt efter arbejdsprincipperne for selvsamling, der kan bygge en celle (en kompleks biologisk organisme) såvel som en krystal (et langt enklere uorganisk materiale) på samme måde.

Nu, et team af videnskabsmænd i Tyrkiet har demonstreret de grundlæggende principper for en universel selvsamlingsproces, der virker på en række materialer – startende fra nogle få atomer-store kvanteprikker op til næsten 100 billioner atomer-store menneskelige celler. Deres metode er fremhævet i Naturfysik .

"For at igangsætte selvsamling, enten tvinger du systemet til at levere et bestemt resultat, eller du bruger dens indre dynamik til din fordel for universelle resultater. Vi fulgte den anden tilgang, " siger Dr. Serim Ilday fra Bilkent University-UNAM, der leder undersøgelsen.

Forskerne demonstrerede ikke kun selvsamlingen af ​​simple såvel som komplekse strukturer, der er mere end fire størrelsesordener forskellige i størrelse og masse. De kommer alle sammen efter en sigmoid funktion, også kendt som S-kurven. Mærkeligt nok, de observerede også, at de individuelle afvigelser fra S-kurverne følger statistikken for Tracy-Widom-fordelingen, som viser sig i forskelligartet, social, økonomisk, og fysiske systemer.

"Serim og jeg deltog i et matematikseminar, hvor vi først så denne særlige fordeling. Serim kiggede på mig og sagde:'det er det; vi skal søge efter det, "og det gjorde vi." siger Dr. F. Ömer Ilday fra Bilkent University-UNAM, Fysik, og elektro- og elektronikteknik, medforfatter til avisen. Seminaret blev holdt af Dr. Gökhan Yıldırım, af Bilkent Universitet-Matematik, en anden medforfatter, hvem siger, "Efter seminaret, de henvendte sig til mig, ideen var fascinerende, og vi begyndte at arbejde på det med det samme." Dr. Ghaith Makey, avisens første forfatter, tilføjer, "Det, der motiverer os i dag, er at forudsige og studere nye eksempler på systemer i Tracy-Widom universalitet, og forstå, hvorfor det manifesterer sig i rigtig mange forskellige systemer."

Holdet demonstrerede yderligere, hvordan deres metode kunne være nyttig til praktiske anvendelser. "Mulighederne er uendelige. F.eks. en ukendt infektion opdages på et hospitals intensivafdeling. I stedet for at vente i timer eller dage på at identificere den skyldige patogen, inden for få minutter, du kan tage en prøve, tilføje kandidatlægemidler, se, om de satte en stopper for infektionen." siger Dr. E. Doruk Engin fra Ankara University-Biotechnology Institute. "Det var utroligt at se, hvor let levende organismer kunne manipuleres på få sekunder, " siger Dr. Özgür Şahin fra Bilkent University-Molecular Biology and Genetics, og også fra University of South Carolina. Dr. Hilmi Volkan Demir fra Bilkent University-UNAM, Fysik, og elektro- og elektronikteknik og også af NTU Singapore, en medforfatter af papiret, tilføjer "en sådan øjeblikkelig kontrol over lille hurtig kvantestof er på mange måder ud over den nuværende teknologis muligheder. Det kan have en reel indflydelse på nanoteknologi."

Forskere understreger, at dette på ingen måde er slutningen på historien, at selvsamlende forskning har en lang og barsk vej foran i at opdage og praktisere moder naturs principper. Dr. Serim Ilday tilføjer, "Mulige praktiske anvendelser til side, vores metode er et fantastisk værktøj til at udforske fysikken i, hvordan drevne systemer udvikler sig langt fra ligevægt. Dette omfatter epidemier; faktisk, vores foreløbige analyse af COVID-19-data tyder på, at dens udsving kan følge Tracy-Widom-statistikkerne ligesom vores system." Dr. F. Ömer Ilday tilføjer, "Mere interessant, vores analytiske model passer bedre til COVID-data end S-kurven. Når man ser alle disse, vi besluttede at undersøge pandemiens fysik omgående."