Universiteit van Tel Aviv: onderzoekers tonen aan dat tegengesteld roterende deeltjes in een vloeistof actieve, polymeerachtige ketens vormen die zelfstandig bewegen

Onderzoek ordenen. Foto Universiteit van Tel Aviv

Een nieuwe studie van de faculteit Natuurkunde en Astronomie van de Universiteit van Tel Aviv heeft aangetoond dat deeltjes die in tegengestelde richting roteren in een vloeistof spontaan ketenachtige structuren vormen. Deze ketens lijken op polymeren, maar dan op een veel grotere schaal, blijkt uit het persbericht.

De bevindingen tonen aan dat de ketens niet statisch in de vloeistof blijven. Integendeel, ze zijn actief en kunnen zich door de ruimte bewegen en roteren alsof ze een eigen leven leiden. Ze ontmoeten elkaar, wisselen buren uit en stelen zelfs partners van andere ketens. Deze zelforganisatie ontstaat door de vloeistofstromen die door de deeltjes zelf worden gegenereerd.

Het onderzoek werd geleid door een team van de faculteit Natuurkunde en Astronomie van de Universiteit van Tel Aviv: Mattan Gelvan, Artyom Tchirko, Jonathan Kirpitch, Yahav Lavie, Noa Israel en prof. Naomi Oppenheimer. De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.

"Het onderzoek helpt ons fenomenen te begrijpen die verband houden met de fysica van het leven", aldus Gelvan. "Systemen die bestaan ​​uit roterende deeltjes komen extreem vaak voor in de natuur, op elke mogelijke schaal, van kwantumwervels in superfluïden tot eiwitten die roteren in celmembranen en orkanen die zich over vele kilometers uitstrekken." Hij voegde eraan toe dat de vorming en organisatie van structuren essentieel en alomtegenwoordig is in de natuur.

"Het leven is veel te complex om handmatig in elkaar te zetten. Toch begrijpen wetenschappers, afgezien van kristalvorming, heel weinig over de natuurlijke processen die complexere structuren creëren. In deze studie presenteren en verklaren we het ontstaan ​​van actieve ketens in materie, die we gyromeren noemen, en de omstandigheden waaronder ze kunnen ontstaan."

Het onderzoeksteam. Foto Universiteit van Tel Aviv

Gelvan zei dat het team het fenomeen in laboratoriumexperimenten kon observeren, het via simulaties kon reproduceren en vergelijkingen kon ontwikkelen die de dynamiek ervan verklaren.

Naast de bijdrage aan het begrip van actieve systemen in de natuur, heeft het onderzoek volgens Oppenheimer ook een breed praktisch potentieel. Het zou de ontwikkeling mogelijk kunnen maken van slimme materialen die zichzelf organiseren, microscopische robots die zich tot ketens samenstellen en in vloeistoffen functioneren, en synthetische systemen die biologische processen nabootsen.

"Het vermogen van eenvoudige deeltjes om onafhankelijk van elkaar complexe structuren te vormen, benadrukt een fundamenteel principe van het leven zelf," zei ze. "Orde ontstaat uit beweging en complexiteit ontwikkelt zich uit eenvoudige interacties."