Fysikere bruger computersimulering til at undersøge ældning i levende glasagtige systemer

Aldring er en proces, der ikke kun påvirker levende væsener. Mange materialer, som plast og glas, også alder - dvs. de ændrer sig langsomt over tid, efterhånden som deres partikler forsøger at pakke bedre - og der er allerede computermodeller til at beskrive dette. Biologiske materialer, såsom levende væv, kan vise lignende adfærd til briller bortset fra at partiklerne er faktiske celler eller bakterier, der har deres egen fremdrift. Forskere ved universitetet i Göttingen har nu brugt computersimuleringer til at undersøge aldringsadfærden for disse "levende" glasagtige systemer. Der var en overraskelse i, at partiklernes aktivitet faktisk kan drive ældning, hvilket har potentielle konsekvenser for en række applikationer. Deres forskning blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

I materialer som glas og plast, deres partikler pakker sig bedre sammen over tid (dvs. de ældes). Men hvis denne proces forstyrres af mekanisk deformation, for eksempel hvis et fast stof er bøjet, derefter går materialerne tilbage til deres tidligere tilstand og er dermed 'forynget'. For at modellere, hvad der sker i biologiske systemer, fysikere ved universitetet i Göttingen udviklede omfattende computersimuleringer af en model af et glas bestående af aktive partikler (et levende glas).

Ligesom det ville i et rigtigt biologisk system, hver partikel i simuleringen har sin egen fremdriftskraft; dette modelleres som ændret retning tilfældigt over tid. Derefter varierede forskerne tidsskalaen for disse ændringer i retning. Når denne tidsramme er kort, partikler drives tilfældigt frem, som om de var ved en højere temperatur, og dette er kendt for at producere ældning. Men når retningsændringer er langsomme, partikler forsøger at fortsætte i samme retning, og dette skal virke som lokal deformation, dermed stoppet ældning. Imidlertid, simuleringerne her viste noget interessant og uventet:når partiklernes aktivitet er meget vedvarende, det driver faktisk ældning i levende glasagtige systemer.

"Vi blev virkelig overraskede, da vi så, at vedvarende aktiv fremdrift kan forårsage ældning. Vi havde forventet, at det ville virke som en lille deformation i det materiale, der ville forynge det, "kommenterer Dr. Rituparno Mandal fra Institut for Teoretisk Fysik ved Göttingen Universitet. Han siger videre:"Men faktisk, den lokale deformation er så langsom, at partiklerne effektivt kan gå med strømmen og bruge deres bevægelse til at finde lavere energiordninger. Træde i kræft, de pakker bedre. "

Seniorforfatter, Professor Peter Sollich, også fra universitetet i Göttingen, tilføjet "Forskningen fremhæver vigtige træk ved glasagtig adfærd i aktive materialer, der ikke har nogen sammenlignelig adfærd i konventionelle briller. Dette kan have konsekvenser for mange biologiske processer, hvor glaslignende effekter er blevet identificeret, herunder celleadfærd ved sårheling, vævsudvikling og kræftmetastase. "