كيف تكشف المبادئ الفيزيائية للمادة الفعالة عن أنماط محددة – ScienceDaily

يبحث المجال متعدد التخصصات لفيزياء المادة الفعالة في المبادئ الكامنة وراء السلوك والتنظيم الذاتي للكائنات الحية. الهدف هو الكشف عن المبادئ العامة التي تسمح لوصف أداء المادة الحية والتنبؤ به وبالتالي دعم تطوير تقنيات جديدة. في الآونة الأخيرة ، نشرت مجموعات أوليفر بومشين وماركو مازا من MPIDS وجامعة بايرويت وجامعة لوبورو في المملكة المتحدة نتائجهم على النموذج الذي يصف التنقل الميكروبي. “نظرًا لأن الميكروبات غالبًا ما تواجه تحديًا في التنقل عبر الأماكن الضيقة ، فقد كنا نسأل أنفسنا عما إذا كان هناك نمط وراء التنقل الميكروبي في حجرة محددة ،” يشرحون النهج. للإجابة على هذا السؤال ، اتبع الباحثون ميكروبًا متحركًا واحدًا وحددوا بشكل تجريبي التدفق المحتمل لحركاته. وهذا يعني أنهم قسموا مقصورة محددة مسبقًا إلى قطاعات وحددوا احتمالية اتجاه الحركة لكل قطاع. بهذه الطريقة ، تم إنشاء خريطة يمكن من خلالها التنبؤ بسلوك الملاحة للميكروب.

الانحناء يحدد التدفق

والمثير للدهشة أنه تم العثور على الميكروب لا يتحرك بشكل عشوائي خلال الفضاء المفتوح. بدلاً من ذلك ، كان متوسط ​​نمط الحركة منظمًا للغاية ومتماثلًا: أظهرت خريطة أنماط الحركة توزيعًا محددًا لتدفقات الاحتمال. “على وجه الخصوص ، وُجد أن قوة التدفق تعتمد على انحناء السطح البيني الصلب المجاور: أدت درجة الانحناء الأعلى إلى تدفق أقوى” أوضح جان كامان وفابيان شوارزيندال ، المؤلفان الرئيسيان للدراسة. لأسباب عملية ، تم إجراء جميع القياسات في بيئة شبه ثنائية الأبعاد ، مما يعني أن الميكروب كان محصورًا من الأعلى والأسفل لمراقبة حركته بشكل أفضل وتجنب إلغاء التركيز. من خلال مراقبة نمط حركتها ، ابتكرت مجموعة ماركو ماتزا (جامعة لوبورو و MPIDS) نموذجًا لتوقع احتمالات التدفق في اتجاه معين. تم تطبيق هذا النموذج بعد ذلك على مقصورات ذات انحناءات واجهة أكثر تعقيدًا وتم التحقق منه تجريبياً بواسطة مختبر Oliver Bäumchen (MPIDS وجامعة بايرويت). “اتضح أن انحناء الواجهة هو العامل المسيطر الذي يحدد بشكل مباشر تدفق الميكروب الذاتي الدفع.” ، يلخص Bäumchen.

تأثير تكنولوجي للمستقبل

نظرًا لأن هذا الاكتشاف يشكل ملاحظة أساسية ، فقد يتم تطبيق النموذج أيضًا على مجالات أخرى في فيزياء المادة الفعالة. “مع نموذجنا ، يمكننا بشكل أساسي أن نتنبأ إحصائيًا بالمكان الذي سيكون فيه موضوع الاهتمام في اللحظة التالية ،” تقرير Mazza. “هذا لا يمكن أن يحسن فهمنا لتنظيم الحياة بشكل كبير فحسب ، بل يساعد أيضًا في هندسة الأجهزة التقنية.”

وبالتالي ، فإن فهم المبادئ الكامنة وراء تنظيم المادة الفعالة يمكن أن يكون له آثار مباشرة على تقنياتنا المستقبلية. يمكن أن تكون التطبيقات المحتملة للنموذج هي توجيه حركة الكائنات الدقيقة في عملية التمثيل الضوئي بهذه الطريقة بحيث يمكن لتدفقها دفع المولد ، والذي سيكون طريقة مباشرة لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة ميكانيكية. ولكن أيضًا ، في قطاع الأدوية والرعاية الصحية ، يمكن تطبيق النتائج التي توصل إليها العلماء: “أحد التطبيقات المحتملة في القطاع الطبي هو تطوير الروبوتات الدقيقة التي توصل الأدوية إلى وجهتها المحددة بطريقة فعالة” ، كما يستنتج بامشين.

مصدر القصة:

المواد المقدمة من معهد ماكس بلانك للديناميات والتنظيم الذاتي. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *