חוקרי אוניברסיטת תל אביב גילו שחלקיקים שמסתובבים בכיוונים מנוגדים בנוזל מסתדרים מעצמם לשרשראות “אקטיביות” דמויות פולימר, שנעות, מסתובבות ומחליפות “בני זוג” — תופעה שעשויה להאיר תהליכי ארגון עצמי בטבע ולהוביל ליישומים בחומרים חכמים וברובוטיקה זעירה.
מחקר חדש של בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב גילה שחלקיקים שמסתובבים בכיוונים הפוכים בנוזל יוצרים מבנה של שרשראות. השרשראות האלו מזכירות פולימרים אך בקנה מידה גדול יותר. ממצאי המחקר עולה כי השרשראות הנוצרות לא יושבות בטל בנוזל אלא הן פעילות ויכולות לנוע במרחב ולהסתובב כבעלות חיים משל עצמן – הן נפגשות אחת עם השניה, מחליפות שכנים וגונבות בני זוג משרשראות אחרות. הסתדרות עצמית זו מתרחשת בעקבות הזרימה שהחלקיקים עצמם יוצרים בנוזל.
המחקר נערך בהובלת צוות חוקרים מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב: מתן גלוון, ארטיום צ'ירקו, יונתן קירפיץ', יהב לביא, נועה ישראל ופרופ' נעמי אופנהיימר. המחקר פורסם בכתב העת Nature Communications.
החוקר מתן גלוון מסביר: "המחקר עוזר להבין תופעות של פיזיקה של החיים. מערכות המורכבות מחלקיקים מסתובבים נפוצות מאוד בטבע בכל סקאלת גודל אפשרית, החל ממערבולות קוונטיות המתקיימות בנוזלי על ועד לחלבונים המסתובבים בממברנת התא, או הוריקנים הנפרשים על פני קילומטרים רבים. היווצרות והסתדרות של מבנים בטבע הינה הכרחית וקיימת סביבנו בכל מקום – החיים מסובכים מדי מכדי שניתן יהיה לייצר אותם באופן ידני. עם זאת, מלבד היווצרות גבישים, מדענים מבינים מעט מאוד על התהליכים הטבעיים שיוצרים מבנים מורכבים יותר. במחקר החדש אנו מציגים ומסבירים תופעה של היווצרות שרשראות אקטיביות בחומר אותם אנו מכנים ג׳ירומרים, ואת התנאים המאפשרים להיווצרותם. הצלחנו לחזות בתופעה בניסויים במעבדה ובנוסף גם לשחזר אותה בסימולציות ולכתוב משוואות שמסבירות את הדינמיקה".
פרופ' נעמי אופנהיימר מוסיפה: "מלבד תרומתו של המחקר להבנת מערכות אקטיביות בטבע, יש לו גם פוטנציאל יישומי רחב – החל מתכנון חומרים חכמים שמסתדרים מעצמם, דרך רובוטים זעירים המסתדרים לשרשראות ופועלים בנוזלים, ועד מערכות סינתטיות שמחקות תהליכים ביולוגיים. היכולת של חלקיקים פשוטים ליצור מבנים מורכבים באופן עצמאי מדגישה את העקרון הבסיסי של החיים עצמם – סדר הנוצר מתוך תנועה, ומורכבויות המתפתחת מתוך אינטראקציות פשוטות".
עוד בנושא באתר הידען:
