En ny metode til at skabe halvfaste kolloide systemer med mindre stress

Forskere ved Institute of Industrial Science ved University of Tokyo studerede en ny metode til at skabe halvfaste kolloide systemer med mindre intern mekanisk belastning ved at forsinke netværksdannelsen. Dette arbejde kan hjælpe forskere med bedre at forstå biologiske processer, der involverer cytoplasma.

Inden for blødt stofs fysik, geler er et relativt velkendt syn. Visse partikelsuspensioner kan omdannes til et halvfast stof, når partikler slutter sig til et stift netværk. Tænk på Jell-O, hvor en suppeblanding af gelatineproteiner bliver til en lækker, fritstående dessert. Geler spiller vigtige roller i biologi, og kan være involveret i, hvordan celler bevæger sig og reagerer på skiftende ydre forhold.

Forskere ved University of Tokyo studerede den mekanisme, hvorved spredte partikler, kaldet kolloider, samles under gelering. De fleste gel-netværk menes at dannes før dynamisk bevægelse stopper, hvilket fører til indbygget mekanisk belastning. Hvis oprettelsen af ​​netværkene kunne blive forsinket, de kunne gøres fri for sådan stress og mere stabile.

"Et net under mekanisk spænding er strakt og nogle gange knækket. Konventionelle kolloide geler lider af sådan stress, og dermed, er ikke så stabile. Stressfri geler er fri for dette problem, ", forklarer førsteforfatter Hideyo Tsurusawa.

Holdet fandt, at netværksdannelse (perkolation) opstår efter dannelsen af ​​en mekanisk stabil struktur og ophør af partikelbevægelse for en lavere koncentration af kolloide partikler sammenlignet med den, hvor traditionelle geler dannes. Forskerne brugte konfokal mikroskopi og computersimuleringer til bedre at forstå både konventionel og stressfri gelering. Systemer med fluorescensmærkede poly(methylmethacrylat) kolloider kunne overvåges for at se, hvor lang tid det tog for netværk at danne, og for partikelbevægelse at blive standset.

Valget mellem disse to typer gelering er bestemt af det store og lille forhold mellem de to karakteristiske tidspunkter, dvs. 'tid indtil den mekanisk stabile struktur er dannet' og 'tid til perkolering'. Desuden, når interaktionen mellem partiklerne er kort rækkevidde, det store og lille forhold bestemmes udelukkende af volumenfraktionen af ​​kolloidet.

"Vi fandt ud af, at kolloid gelering universelt kan grupperes i de to typer. Denne universelle klassificering af gelering af partikelsystemer forventes at give et væsentligt bidrag til forståelsen af ​​gelering inden for blødt stof og biologi, " siger seniorforfatter Hajime Tanaka. "Vores resultater kunne bruges til at udvikle nye industrielle processer, der skaber halvfaste produkter, herunder fødevarer, mere effektivt."