Ett internationellt team av forskare har visat att särskilt behandlas droppar av fet kemikalier kan ta på bisarra former och strukturer under frysa processen. Dessa insikter kan tillåta oss att skapa artificiella strukturer med mycket liv-liknande egenskaper.
Med hjälp av en relativt enkel bottom-up-strategi, en gemensam forskargrupp från Universitetet i Cambridge och Sofias Universitet i Bulgarien visade att vätska droppar av olja, när den sätts i en lösning av tvål och vatten lösning och långsamt, frysta, med form “plast crystal” faser på sin inre ytor. Denna process som orsakas droppar till form-skift till en förvånande mängd olika former, allt från octahedrons och hexagoner till trianglar och fibrer.
Resultatet av deras arbete har publicerats i Nature. Och här är en fascinerande video:
“Det finns många sätt att icke-biologiska saker och ting ta form”, konstaterade forskaren Stoyan Smoukov från Cambridge Department of Material Science & Metallurgi, i ett uttalande. “Men frågan är vad som driver processen och hur man ska kontrollera det—och vad är kopplingen mellan processen i de biologiska och icke-biologiska världen?”
Sponsrade
Ny forskning pekar på “cellernas morfologi” som ett möjligt svar på dessa frågor. Denna idé går tillbaka till 1950-talet, när Alan Turing föreslagit att cellernas morfologi är resultatet av lokala kemiska reaktioner som orsakar att ett ämne sprids genom rymden. Som forskningen visar, Turing var helt klart något på spåren.
(Credit: N. Denkov et al., 2015/Natur)
Genom att långsamt frysa flytande droppar av fet hexadecane flyter på tvål och vatten, forskare lirkade droppar in skiftar genom en mängd kristall-liknande former. Vad mer, de droppar som flyttade tillbaka till sina ursprungliga former, när lösningen var att åter värmas.
(Credit: N. Denkov et al., 2015/Natur)
Detta självorganiserande process drivs av en kristall fas, eller vaxliknande lager som bildar under ytan av dropparna och är sannolikt styrs av de fysikaliska egenskaperna hos materialen i sig. Smoukov förklarar:
Plast kristaller är ett särskilt tillstånd av materia som är som alter ego av flytande kristaller som används i många TV-skärmar. Både flytande kristaller och plast kristaller kan ses som tillfälliga steg mellan flytande och fast. Medan flytande kristaller punkt sina molekyler i bestämda riktningar som ett crystal, de har ingen långsiktig ordning och flöde som en vätska. Plast kristaller är vax-som med lång räckvidd för i sin molekylära arrangemang, men sjukdom i orientering av varje molekyl. Den vägledande sjukdom som gör plast kristaller mycket formbar, och som de ändra form, droppar ändra form tillsammans med dem.
Denna plast crystal fas verkar vara vad som orsakar droppar för att ändra form, eller bryta deras symmetri. Och för att förstå cellernas morfologi, det är viktigt att vi förstår vad som orsakar att bryta symmetri.
Dessa insikter kan så småningom hjälpa forskare och ingenjörer skapa artificiella strukturer med samma typ av kontroll och komplexitet som biologiska system. Nya och komplexa strukturer kan byggas från enkla komponenter, med möjliga tillämpningar inom läkemedelsutveckling, lacker, kosmetika och hushållsprodukter som schampo.
“Det är märkligt att iaktta sådana liv-liknande beteende i ett icke-levande ting — i många fall, konstgjorda objekt kan ser mer “levande” än att leva och kära,” sade Smoukov.
Läs hela studien på Naturen: “Själv-formning av olja droppar via bildandet av mellanliggande rotator faser vid kyla“.
[ Cambridge University | Kemi Världen ]
E-post författaren på george@gizmodo.com och följ honom på @dvorsky. Översta bilden av Universitetet i Cambridge