Yağ damlacığı avcıları yağ damlacığı avını kovalar
Bir bromooktan yağı avcısı damlacığı, sulu yüzey aktif madde çözeltisinde florlanmış bir yağ av damlasını kovalar. Kredi: Zarzar Laboratuvarı / Doğa Kimyası
Yağ damlacıkları, av gibi kaçan diğer damlacıkları kovalayarak avcılar gibi hareket ettirilebilir. Damlacıkların ürettiği kimyasal sinyallerle kontrol edilen davranış, canlı organizmalar arasında görülen davranışları taklit eder, ancak şimdiye kadar sentetik sistemlerde yeniden yaratılmamıştı. Bu ayarlanabilir kimyasal sistem, balık sürüleri, bakteri kolonileri veya böcek sürüleri gibi birçok vücut sistemindeki etkileşimleri anlamaya yardımcı olacak bir modele hizmet edebilir.
Penn State bilim adamları tarafından yönetilen uluslararası bir araştırma ekibi, sistemi 16 Kasım 2020’de dergide yayınlanan bir makalede anlatıyor Doğa Kimyası.
Penn State’de kimya profesörü yardımcısı ve araştırma ekibinin lideri Lauren Zarzar, “Yağ damlacıklarının kimyasını kontrol ederek, damlacıkların aktif olarak hareket ettiği ve kimyasal gradyanlar aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurduğu bir sistem yaratabiliriz” dedi. “Bulduğumuz heyecan verici şey, ‘karşılıklı olmayan’ etkileşimler sergileyen bir damlacık sistemi tasarlayabilmenizdir. Yırtıcı ve avın davranışına benzer şekilde, bir damlacık diğerine çekilirken diğeri itilir.”
Araştırmacılar, iki farklı yağın mikro ölçekli damlacıklarını bir su ve bir yüzey aktif madde çözeltisine yerleştiriyorlar – sabunlarda yaygın olarak bulunan ve sıvıların yüzey gerilimini düşüren bir bileşik. Yağlardan biri, yüzey aktif madde çözeltisinde daha kolay çözünür ve bu damlacıkların çevresine kimyasal bir yağ molekülü gradyanı yaymasına neden olur. Damlacıklar, çözünmüş yağ tarafından püskürtülür.
Penn State’te yüksek lisans öğrencisi ve makalenin ilk yazarı olan Caleb Meredith, “Başlangıçta damlacıkların etrafındaki bu yağ bulutu temelde simetriktir ve damlacıklar hareket etmez” dedi. “Ama keşfettiğimiz şey, av damlacıklarının yırtıcı damlacıkları tarafından salınan yağın bir kısmını gerçekten alabildiğidir ve damlacıklar arasında bir kaynak-lavabo petrol alışverişi oluşturabilir. iki damlacık arasındaki gradyan ve avcı damlacığının ava doğru hareket etmesine neden olarak bir kovalamaca başlatır. ”
Kaynak ve havuz tarafından üretilen yağ kimyasal gradyanının asimetrisi, hem avcı hem de av damlacıklarının yüzeyindeki yüzey geriliminde bir farka neden olur. Gradyan, avcı damlacığının (kaynak) av damlacığına (havuz) doğru hareket etmesine neden olur. Benzer şekilde, avcının yayılan kimyasal gradyanının etkisinden dolayı, av yaklaşan yırtıcı tarafından püskürtülür.
Zarzar, “Şaşırtıcı sonuçlardan biri, iki yağ damlasının bu davranışı ortaya çıkarmak için kimyasal olarak birbirinden çok farklı olmasına gerek olmamasıdır” dedi. “Yağlar ve yüzey aktif maddeler için, bu etkileşimleri yöneten bir dizi kural oluşturmamıza izin veren çok çeşitli kimyasal bileşimleri inceledik. Bu kuralları damlacık yağlarının bileşimlerini kontrol ederek etkileşimlerin gücünü ayarlamak için kullanabiliriz. veya yüzey aktif madde. ”
Araştırma ekibi ayrıca, tek tek damlacık çiftleri arasındaki kovalamacanın hızlarının ölçümlerine dayanan, birçok damlaların hareketini doğru bir şekilde simüle edebilen ve çeşitli şekillerde hareket eden daha büyük kümeler halinde nasıl organize olduklarını gösteren bir model geliştirdi.
“Bazen bana gerçekten yaşıyorlarmış gibi bakıyorlar,” dedi Meredith. “Birden çok damlacık kümeler halinde bir araya geldiğinde dönmeye, durup gitmeye, spiral şeklinde hareket etmeye ve hatta daha küçük kümelere ayrılmaya başlayabilirler.”
Araştırmacılar, bu etkileşimleri yöneten kural türlerini anlayarak, sistemlerinin sonunda çok sayıda hayvanın davranışından, evriminde rol oynamış olabilecek etkileşimlere kadar çok sayıda vücut sistemini deneysel olarak modellemek için kullanılabileceğini söylüyorlar. erken dönem.
Zarzar, “Yaptığımız şey, gerçekten temel, temel bir araştırmadır ve motivasyonun, yağ damlacıkları gibi cansız şeylerin aktivitesini kontrol edebilen işteki süreçleri anlamak olduğunu” söyledi. “Ancak bu fikirler, kendi kendine bir araya gelme, grup davranışları gibi başka alanlarda ve hatta basit kimyasal bileşen karışımlarının bir şekilde denge dışı yapılara dönüşmesi gereken Dünya’daki yaşamın kökenlerini düşünürken bile uygulama bulabilir. Açıkçası, biz aynı kimyasallara bakmıyoruz, ancak örneğin meydana gelen benzer türden etkileşimlere yol açan parametreler veya koşullar oluşturabiliriz. ”
Havaya yükselen damlacıklar, bilim insanlarının ‘temassız’ kimyasal reaksiyonlar gerçekleştirmesine olanak tanır