关于新的自我组织方式的软性

匿名用户 2020年10月1日 pm9:04 阅读 10

向列材料(例如我们的显示器中的液晶)包含平行排列的分子。当它们由微管和驱动蛋白(在我们细胞中发现的材料)构建时,它们变得活跃,移动和变形,而没有来自外部的能量供应。在《纳米快报》上发表的一篇新论文中,哥廷根马克斯·普朗克动力学与自组织研究所的研究人员报告了3D主动向列的创建。材质会经历几种空间模式,从塌陷成丝带到3D皱纹。

向列材料是由棒状分子组成的,将液体的某些特征与类似于固体晶体的其他特征结合在一起。它们像液体一样流动,其成分在空间中无序,但是它们能够自我定向,从而使相邻分子平行排列。想象一下,在盒子里扔一束蜡笔并摇晃它。不久之后,蜡笔将彼此平行放置并显示我们所谓的向列顺序。向列型液晶广泛用于我们的笔记本电脑,智能手机和许多其他设备的显示器中,在这些显示器中,向列排序的分子通过施加电场而重新定向,从而使像素变亮或变暗。

大约十年前,发现了主动向列相。之所以称它们为活性物质,是因为该材料不需要外部能源来重新定向,而是承载其内部能源并能够使用它来驱动内部运动。形成向列型活性物质的物质来自生物细胞。在细胞中,微管和驱动蛋白运动是细胞骨架的基本组成部分,细胞骨架是一个围绕细胞核的松散网络,使细胞既具有机械刚度又具有运输物质的轨道。驱动蛋白将三磷酸腺苷(ATP)水解产生的化学能转化为机械功,因为它们沿着微管“行进”以在细胞内转运重要分子,从而有助于细胞的组织和分裂。在细胞外,微管和运动蛋白的行为可能有所不同:当微管向列排列时,ATP推动的驱动蛋白使它们承受压力。新型的柔软材料诞生了,即主动向列型。它们代表了一个令人着迷的模型系统,可以帮助我们了解细胞中的自组织过程,并为测试和推进活性物质理论提供理想的结构。过去,主动向列相研究是在二维层中进行的,例如在水和油滴之间。具有足够的活性,运动蛋白能够破坏排列的微管的顺序,导致自发形成图案,并形成一种称为主动湍流的状态,即**搅动的混沌状态。它们代表了一个令人着迷的模型系统,可以帮助我们了解细胞中的自组织过程,并为测试和推进活性物质理论提供理想的结构。过去,主动向列相研究是在二维层中进行的,例如在水和油滴之间。具有足够的活性,运动蛋白能够破坏排列的微管的顺序,导致自发形成图案,并形成一种称为主动湍流的状态,即**搅动的混沌状态。它们代表了一个令人着迷的模型系统,可以帮助我们了解细胞中的自组织过程,并为测试和推进活性物质的理论提供理想的结构。过去,在二维层中研究主动向列相,例如在水和油滴之间。具有足够的活性,运动蛋白能够破坏排列的微管的顺序,导致自发形成图案,并形成一种称为主动湍流的状态,即**搅动的混沌状态。

马克斯·普朗克动力学与自组织学院的Isabella Guido及其同事在**新一期的《 Nano Letters》中写道,他们如何克服了局限性并产生了三维主动向列相。离开熟悉的二维平面几何图形并不容易。您不可避免地要稀释系统,然后需要找到合适的化学环境,该环境仍将使其产生所需的作用力。并添加了“事件序列,不起眼的散装材料突然塌陷到平板上,但随后开始产生我们从未见过的3D图案,这令我们感到惊讶”。确实,该系统在时间和空间上不断发展,而不是停留在三维空间上,即充满了实验腔室的体积,它**初会塌陷成扁平带状。在碳带中,分子马达会引起拉伸应力,从而导致起皱的不稳定性。在那之后,皱纹开始生长,直到折叠的色带爆炸,然后再用湍急的细丝将整个体积再次填满,这些细丝自发形成生长环,不断在其他地方崩解并形成。“这些观察结果很好地证明了非平衡活动与复杂的软物质系统动力学相结合会导致新的自我组织途径,”生命物质物理系主任Ramin Golestanian解释说。合作的理论合作伙伴为观察到的行为提供了理论解释,并进行了计算机模拟,说明系统如何在所描述的阶段过渡。Andrej Vilfan说:“在实验中我们看到了微管,但是它们之间作用力的性质很难理解。将实验与计算机仿真相结合,使我们获得了新的见识。确实,我们证明了大多数电动机是互相作用的,而向相反方向拉动的电动机之间只有很小的不平衡会导致我们看到的所有现象。” 将实验与计算机仿真相结合,使我们获得了新的见识。确实,我们证明了大多数电动机是互相作用的,并且在向相反方向拉动的电动机之间只有很小的不平衡会导致我们看到的所有现象。” 将实验与计算机模拟相结合,使我们获得了新的见识。确实,我们证明了大多数电动机是互相作用的,并且在向相反方向拉动的电动机之间只有很小的不平衡会导致我们看到所有现象。

结果将为生物细胞的组织和力量产生带来新的认识。“我们的目标是使用合成和生物构件,通过自下而上的方法来创建自然系统的类似物。如果我们**终能够找到如何控制这种人造主动系统中的运动的方法,那么我们就有潜力开发出仿生设备,可以在未来的生物技术应用中用作执行器。” 流体物理学,模式形成和生物复杂性系主任Eberhard Bodenschatz说。“我们现在开始远离简单的流动实验室,开始将新型材料成形为可以观察到全新现象的形式。我们将解开活动的缎带,并确定会发现一个盒子,里面装满了令人惊奇的发现,这些发现会惊叹我们的好奇心。

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