Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Ny tilnærming til å danne ikke-likevektsstrukturer

Anonim

Selv om de fleste naturlige og syntetiske prosesser foretrekker å slå seg inn i likevekt - en tilstand av uendret balanse uten potensial eller energi - ligger det innenfor ikke-likevektsforholdene der nye muligheter ligger. Ikke-likevektssystemer opplever konstante endringer i energi og faser, som temperaturvariasjoner, frysing og smelting, eller bevegelse. Disse forholdene tillater mennesker å regulere kroppstemperaturen, flyene som skal fly, og jorden for å romme med seismisk aktivitet.

annonse


Men selv om disse forholdene eksisterer naturlig og kreves for det mest grunnleggende livet, blir de sjelden forstått og vanskelig å finne i syntetiske materialer.

"I likevektstermodynamikk, vet vi alt, " sa Northwestern's Igal Szleifer. "Ikke-likevektstermodynamikk er et gammelt emne, men vi har ikke et komplett sett med regler for det. Det er ingen retningslinjer."

Szleifer er Christina Enroth-Cugell professor i biomedisinsk ingeniør og professor i kjemisk og bioteknikk i McCormick School of Engineering og Applied Science, professor i kjemi i Weinberg College of Arts og Science, og professor i medisin ved Feinberg School of Medicine .

Szleifer, hans postdoktor Mario Tagliazucchi og Emily Weiss, Irving M. Klotz, professor i kjemi ved Weinberg, har utviklet en ny teknikk for å skape ikke-likevektssystemer, noe som vil bringe forskere nærmere for å forstå grunnleggende for det mystiske emnet. Deres arbeid er beskrevet i avisen "Dissipative selvmontering av partikler som interagerer gjennom tid-oscillatoriske potensialer", som ble omtalt i 23. juni utgaven av Prosedyrene ved National Academy of Sciences .

Tidligere forskning har vist at teoretiske, ikke-likevektspartikkelstrukturer kan selvorganiseres når de kontinuerlig injiseres med energi, men strategier for injeksjon av energi var begrenset.

"Tenk på oss som mennesker, " sa Szleifer. "For at vi skal være i live må vi bruke energi hele tiden. For å gjøre det må vi være ute av likevekt. Vi prøver å forstå ikke-likevektssammenstillingssystemer, så vi må gi dem energi."

Ved hjelp av modeller og simuleringer fant Tagliazucchi, Weiss og Szleifer at de kunne gi likevektssystemer energi ved å bruke en blanding av pH-responsive partikler. Varierende pH-nivåer vendte de elektriske ladningene av partiklene, forårsaker at de oscillerer og skaper den energi som trengs for å samle seg inn i ikke-likevektskonstruksjoner.

"Ved å kontrollere strukturen av materialet, kan vi også kontrollere dens egenskaper, " sa Szleifer. "Når du stopper svingningene, forsvinner strukturen."

Den oscillerende metoden har gjort det mulig for Szleifer og hans medarbeidere å skape nye strukturer som er umulige å finne i likevektsforhold. Han sa at forskere kunne potensielt bestemme hvordan de vil ha partikler til å samhandle og deretter skreddersy svingninger for å føre til det resultatet.

"I flere år har min gruppe forsøkt å finne regler for selvforsamling, " sa Szleifer. "Dette bygger på det. Vi ønsker å lage retningslinjer for eksperimentellister."

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Northwestern University . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. M. Tagliazucchi, EA Weiss, I. Szleifer. Dissipativ selvmontering av partikler som interagerer gjennom tid-oscillerende potensialer . Prosedyrene ved Nasjonalt vitenskapsakademi, 2014; 111 (27): 9751 DOI: 10, 1073 / pnas.1406122111