Mysteriet med spidse oliedråber

En bestemt type oliedråber ændrer form, når de afkøles og krympes:fra sfærisk gennem icosaedrisk til flad sekskantet. To konkurrerende teorier kunne ikke helt forklare dette, men nu, et Physical Review Letter af Ireth García-Aguilar og Luca Giomi løser mysteriet.

Det var en tilfældig opdagelse. Bulgarske forskere ved Sofia Universitet studerede små olieagtige dråber af alkaner i vand, stabiliseret med sæbelignende overfladeaktive molekyler. "Disse ligner emulsionsdråberne i mayonnaise, " siger Luca Giomi, "og desuden de er indesluttet i et frosset monolag af alkanmolekyler og overfladeaktive stoffer."

Da bulgarerne legede med dem, de indså, at der foregik noget særligt. Når temperaturen blev sænket, dråberne skiftede fra almindelige sfæriske former til ulige, krystallignende icosaedriske former. Ved endnu lavere temperaturer, de forvandlede sig til firsidede romber eller sekskanter, med voksende fangarme i hjørnerne.

Omtrent på samme tid, en anden gruppe ved Bar-Ilan University i Israel ledet af Eli Sloutskin, en medforfatter til dette brev, lavede lignende observationer og indså yderligere, at små dråber var mere tilbøjelige til at ændre deres form sammenlignet med store dråber.

Eksotisk

"Dette er inspirerende, det er meget eksotisk og noget du ikke ville forvente, " siger Giomi. Normalt, store elastiske lagner er mere diskrete og mere tilbøjelige til at bøje sig end små lagner. "Man kan bekræfte dette ved at holde et ark papir på den ene side:et A4-ark vil straks bøje sig under sin egen vægt, men et mindre ark, sådan et poststempel, vil forblive lige. Jo større arket er, jo højere drejningsmoment den oplever, jo lettere bøjer det."

Gruppen ved Sofia Universitet fremførte selv en teori, hvor et særligt tyndt lag under overfladeaktive stoffer forårsager kanterne, "men senere, detaljerede mikroskopibilleder af Sloutskins laboratorium, så ikke sådan et lag, " siger Giomi.

For at forklare formtransformationerne såvel som den unormale størrelsesafhængighed, Leiden-fysikere måtte inkludere fire forskellige ingredienser i deres model:overfladespænding, tyngdekraft, defekter og spontan krumning. Sidstnævnte er en effekt af formen af ​​molekyler, der danner det faste lag. Når lange molekyler stables som tændstikker i en æske, grænsefladen er flad, men når en af ​​molekylernes ender er federe end den anden, den resulterende membran kan have en foretrukken krumning.

Underlige fangarme

Mens defekter og tyngdekraft har tendens til at bøje dråberne, overfladespænding har en tendens til at genoprette den sfæriske form. Men, i nærvær af spontan krumning, denne effekt bliver svagere, når dråberne bliver mindre, hvilket gør små dråber tilbøjelige til facettering. Dette forklarer den mystiske adfærd, skriver forskerne i et papir i Physical Review Letters.

En ting mangler at blive forklaret, dog:de mærkelige fangarme, der udvikler sig ved de laveste temperaturer. "Men vi har ideer, " siger Giomi.

Denne type forskning er grundlæggende og nysgerrighedsdrevet, tilføjer han. Imidlertid, levende cellers adfærd er altid en inspiration. "Biologiske celler har en ekstraordinær evne til at ændre deres former under forskellige omstændigheder."

Et af Giomis forskningsemner er, hvordan kræftceller formår at adskille deres hovedtumor og migrere i kroppen for at danne dødelige metastaser. Giomi:"Kræftceller skal gennemgå dramatiske formændringer for at kunne gøre det." At forstå, hvordan simple objekter i mikronstørrelse selvstændigt kan justere deres form, kan være afgørende for at dechifrere disse processer.