Oprettelse af orden ved mekanisk deformation i tæt aktivt stof

Levende eller biologiske systemer kan ikke let forstås ved hjælp af fysikkens standardlove, såsom termodynamik, som forskere ville for gasser, væsker eller faste stoffer. Levende systemer er aktive, demonstrere fascinerende egenskaber som at tilpasse sig deres omgivelser eller reparere sig selv. Undersøgelse af de spørgsmål, som levende systemer stiller ved hjælp af computersimuleringer, forskere ved universitetet i Göttingen har nu opdaget en ny type bestillingseffekt genereret og opretholdt af en simpel mekanisk deformation, specifikt stabil forskydning. Resultaterne blev offentliggjort i PNAS .

Forståelse af levende systemer, såsom væv dannet af celler, udgør en betydelig udfordring på grund af deres unikke egenskaber, såsom tilpasning, selvreparation og selvkørsel. Ikke desto mindre, de kan studeres ved hjælp af modeller, der behandler dem som bare en usædvanlig, "aktiv" form for fysisk materie. Dette kan afsløre ekstraordinære dynamiske eller mekaniske egenskaber. Et af gåderne er, hvordan aktive materialer opfører sig under forskydning (deformationen frembragt ved at flytte det øverste og nederste lag sidelæns i modsatte retninger, som glidende mikroskopdækplader mod hinanden). Forskere ved Institut for Teoretisk Fysik, University of Göttingen udforskede dette spørgsmål og opdagede en ny form for ordningseffekt, der genereres og opretholdes ved konstant forskydningsdeformation. Forskerne brugte en computermodel af selvkørende partikler, hvor hver partikel drives af en fremdriftskraft, der ændrer retning langsomt og tilfældigt. De fandt ud af, at mens partikelstrømmen ligner den i almindelige væsker, der er en skjult orden afsløret ved at se på kraftretningerne:disse har en tendens til at pege mod den nærmeste (øverste eller nederste) plade, mens partikler med sidelænsende kræfter samles i midten af ​​systemet.

"Vi var ved at undersøge reaktionen fra et modelaktivt materiale under konstant kørsel, hvor systemet er klemt mellem to vægge, den ene stationær og den anden bevæger sig for at generere forskydningsdeformation. Det, vi så, var, at ved en tilstrækkelig stærk drivkraft, en interessant ordningseffekt dukker op, "siger Dr. Rituparno Mandal, Institut for teoretisk fysik ved universitetet i Göttingen. "Vi forstår nu også ordreeffekten ved hjælp af en simpel analytisk teori, og forudsigelserne fra denne teori matcher overraskende godt med simuleringen."

Seniorforfatter professor Peter Sollich, også fra Institut for Teoretisk Fysik, Universitetet i Göttingen, forklarer, "Tit, en ekstern kraft eller drivkraft ødelægger orden. Men her er drivkraften ved forskydningsstrøm nøglen til at tilvejebringe mobilitet til partiklerne, der udgør det aktive materiale, og de har faktisk brug for denne mobilitet for at opnå den observerede rækkefølge. Resultaterne åbner spændende muligheder for forskere, der undersøger de mekaniske reaktioner af levende stof. "