Rezolvă misterul picăturilor ascuțite

Credit: Universitatea Leiden

Un anumit tip de picătură de ulei își schimbă forma pe măsură ce se răcește și se micșorează: de la sferic la icosaedru la hexagonal plat. Două teorii concurente nu au putut să o explice pe deplin, dar acum o scrisoare de recenzie fizică de la Ireth Garcia-Aguilar și Luca Giomi rezolvă misterul.

A fost o descoperire accidentală. Cercetătorii bulgari de la Universitatea din Sofia studiau picături mici de ulei de alcani în apă, stabilizați cu molecule de surfactant de tip săpun. „Sunt similare picăturilor de emulsie de maioneză”, spune Luca Giomi, „și în plus, sunt închise într-un monostrat înghețat de molecule de alcan și surfactanți”.

Când bulgarii s-au jucat cu ei, și-au dat seama că se întâmplă ceva special. Când temperatura a fost redusă, picăturile s-au schimbat de la forme sferice obișnuite la forme ciudate, ciudate, asemănătoare cristalului. La temperaturi chiar mai scăzute, au fost transformate în romburi sau hexagone cu patru fețe, cu tentacule în creștere la colțuri.

În același timp, un alt grup de la Universitatea Bar-Ilan din Israel, condus de Eli Sloutskin, coautor al acestei scrisori, a făcut observații similare și a realizat că picăturile mici au mai multe șanse să-și schimbe forma în comparație cu picăturile mari.

Picături lichide hexagonale

Picături lichide hexagonale. Credit: N Denkov și colab. Nature 1-4 (2015) doi: 10.1038 / nature16189

Exotic

„Acest lucru este inspirat, este foarte exotic și este ceva la care nu te-ai aștepta”, spune Giomi. De obicei, foile elastice mari sunt mai flexibile și sunt mai susceptibile să se îndoaie decât foile mici. „Poate fi verificat ținând o foaie de hârtie pe o parte: o foaie A4 se va plia imediat sub propria greutate, dar o foaie mai mică, cum ar fi un timbru poștal, va rămâne drept. Cu cât lama este mai mare, cu atât cuplul este mai mare, cu atât se îndoaie mai ușor. “

Grupul propriu al Universității din Sofia a avansat o teorie conform căreia un strat subțire special sub stratul de surfactant provoacă margini, „dar ulterior imaginile detaliate de microscopie din laboratorul lui Sloutskin nu au văzut acel strat”, spune Giomi.

Pentru a explica transformările de formă și dependența anormală de mărime, fizicienii din Leiden au trebuit să includă în modelul lor patru ingrediente diferite: tensiunea superficială, gravitația, defectele și curbura spontană. Acesta din urmă este un efect al formei moleculelor care formează stratul solid. Când moleculele lungi sunt stivuite ca niște chibrituri într-o cutie, interfața este plană, dar când un capăt al moleculelor este mai mare decât celălalt, membrana rezultată poate avea o curbură preferată.

Ciudate tentacule

Deși defectele și gravitația tind să îndoaie picăturile, tensiunea superficială tinde să restabilească forma sferică. Dar în prezența curburii spontane, acest efect devine mai slab pe măsură ce picăturile devin mai mici, ceea ce face picăturile mai mici, care sunt predispuse la fațetă. Acest lucru explică comportamentul misterios, scrie cercetătorii într-o lucrare Scrisori de recenzie fizică.

Cu toate acestea, rămâne de explicat: tentaculele ciudate care se dezvoltă la temperaturi mai scăzute. „Dar avem idei”, spune Giomi.

Acest tip de cercetare este fundamental și se bazează pe curiozitate, adaugă el. Cu toate acestea, comportamentul celulelor vii este întotdeauna o inspirație. „Celulele biologice au o capacitate extraordinară de a-și schimba formele în circumstanțe diferite.”

Unul dintre subiectele de cercetare ale lui Giomi este modul în care celulele canceroase reușesc să-și separe tumora principală și să migreze în interiorul corpului pentru a forma metastaze mortale. Giomi: „Celulele canceroase trebuie să sufere schimbări dramatice pentru a face acest lucru.” Înțelegerea modului în care obiectele simple de dimensiuni micronice își pot regla forma în mod autonom poate fi esențială pentru descifrarea acestor procese.

Referință: „Facetarea și aplatizarea picăturilor de emulsie: un model mecanic” de Ireth García-Aguilar, Piermarco Fonda, Eli Sloutskin și Luca Giomi, 21 ianuarie 2021, Scrisori de recenzie fizică.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.038001

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.