ผลึกเหลวสามารถใช้ควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเองได้ เผยงานวิจัยใหม่ที่ทำในสหรัฐฯ ในบทความ ที่ ตีพิมพ์ในNatureนักวิจัยใน กลุ่มของ Oleg Lavrentovichที่ Kent State University อธิบายว่ามันเคลื่อนหยดแบคทีเรียที่มีความเสถียรไปตามเส้นทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้าโดยควบคุมความสมมาตรที่หักของผลึกเหลวได้อย่างไร นักวิจัยพบว่าการจัดตำแหน่งโมเลกุลคริสตัล
จะทำให้หยดน้ำเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงได้
ตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่แบบสุ่มในของเหลวของนิวตัน หวังว่าระบบนี้จะสามารถใช้จำลองสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กได้แบบจำลองการทดลองมีความสำคัญต่อการศึกษาการย้ายและการแบ่งเซลล์ของมนุษย์ เนื่องจากขนาดที่เล็ก อุทกพลศาสตร์ของเซลล์ในของไหลจึงถูกขับเคลื่อนโดยความหนืดและไวต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง ดังนั้นแบบจำลองที่ประสบความสำเร็จจึงต้องมีขนาดที่เทียบได้กับเซลล์ที่สนใจ อนุภาคออกฤทธิ์ในการทดลองส่วนใหญ่ เช่น แบคทีเรีย มีขนาดเล็กเกินกว่าจะใช้เป็นเซลล์แบบจำลอง แต่สามารถก่อตัวเป็นอนุภาคที่ออกฤทธิ์ที่ใหญ่กว่าได้เมื่อถูกกักอยู่ภายในหยด
ในงานวิจัยนี้ ภายในหยดหนึ่งเต็มไปด้วยแบคทีเรียบาซิลลัส ซับติลิส และพื้นผิวของมันถูกทำให้เสถียรด้วยสารลดแรงตึงผิว “หยดที่ใช้งานอยู่” เหล่านี้เคลื่อนที่ได้ แต่ต่างจากเซลล์ที่สามารถกำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ได้ หยดละอองจะติดตามการเดินแบบสุ่ม ดังนั้นการกระจัดโดยเฉลี่ยในระยะเวลานานจึงเป็นศูนย์ จุดมุ่งหมายของการวิจัยนี้คือการขยายระบบหยดแบบแอคทีฟเพื่อสร้างอนุภาคที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่กำหนด
การแยกส่วนสมมาตรและผลึกเหลวมันคือสมมาตรทรงกลมของหยดที่ทำงานอยู่ซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่ามันจะเคลื่อนที่แบบสุ่ม ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการหักสมมาตรเพื่อกำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ของมัน นักวิจัยประสบความสำเร็จโดยการวางหยดลงในผลึกเหลว
ข้อบกพร่องโทโพโลยีสมมาตรหัก:
ข้อบกพร่องเชิงทอพอโลยีในผลึกเหลวนีมาติก (มารยาท: Minutemen / CC BY-SA 3.0)
ผลึกเหลวที่สนับสนุนการจัดตำแหน่งโมเลกุล (โครงสร้างดังกล่าวเรียกว่า nematics) จะพัฒนาข้อบกพร่องทางทอพอโลยีที่ยังคงมีอยู่ในระยะทางไกล รูปแบบข้อบกพร่องลักษณะเฉพาะในการจัดตำแหน่งโมเลกุลผลึกเหลวสามารถสร้างขึ้นได้โดยสิ่งกีดขวางและขอบเขต เช่น ผนัง และในกรณีนี้ ตัวหยดเอง
เม่นไฮเปอร์โบลิกสารลดแรงตึงผิวบังคับให้โมเลกุลผลึกเหลวตั้งฉากกับพื้นผิวของหยด และเงื่อนไขขอบเขตนี้จะแข่งขันกับการจัดตำแหน่งคู่ขนานของโมเลกุลที่ผนังกั้น สิ่งนี้ทำให้เกิดข้อบกพร่องที่ด้านหนึ่งของหยดที่เรียกว่าไฮเปอร์โบลิกเม่น
นักวิจัยได้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของผลึกเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตัน เช่นเดียวกับของเหลวทั้งหมด ผลึกเหลวไหลเมื่อมีแรงเฉือน แต่ความเร็วของการไหลขึ้นอยู่กับการจัดตำแหน่งของโมเลกุล
เม่นไฮเปอร์โบลิก: เส้นแสดงทิศทางของโมเลกุลผลึกเหลว รูปยังแสดงให้เห็นหยดที่ประกอบด้วยแบคทีเรีย แรงเฉือนเกิดจากแบคทีเรียที่เคลื่อนที่เข้าหากันภายในหยด ซึ่งเกิดขึ้นที่ความเข้มข้นสูงเมื่อกระแสน้ำวนปั่นป่วนก่อตัวขึ้น ผลึกเหลวด้านนอกหยดเริ่มไหล และการจัดตำแหน่งเชิงขั้วของโมเลกุลหมายความว่าการไหลนั้นไม่สมมาตร ผลึกเหลวเคลื่อนไปรอบๆ หยดละอองออกจากเม่น ส่งผลให้เกิดแรงผลักหยดไปข้างหน้า แรงขับนี้มีผลเหนือแรงต้านหนืด ด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคสูงถึง 140 ไมครอน ซึ่งมีขนาดประมาณเซลล์ไข่มนุษย์
สมมาตรทรงกลมสำหรับละอองขนาดใหญ่
ข้อบกพร่องเชิงทอพอโลยีจะสมมาตรเป็นทรงกลม (คล้ายกับวงแหวนของดาวเสาร์) ทำให้หยดน้ำเคลื่อนไปทางซ้ายและขวาเท่าๆ กัน นอกจากนี้ยังพบว่าละอองขนาดเล็กไม่เหมาะสำหรับการเคลื่อนไหวโดยตรงเนื่องจากไม่มีแบคทีเรียเพียงพอที่จะสร้างกระแสน้ำวน
ในระบบนี้ ภายใต้เงื่อนไขขอบเขตที่เหมาะสม เส้นทางหยดสามารถควบคุมได้โดยการจัดตำแหน่งของผลึกเหลว นักวิจัยได้แสดงสิ่งนี้สำหรับผลึกเหลวซึ่งโมเลกุลจะเรียงตัวกันเป็นวงกลมที่มีศูนย์กลางและหยดที่แอคทีฟจะตามการจัดตำแหน่งในเส้นทางวงกลม ในการศึกษาแยกกัน นักวิจัยจะทำการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างหยดที่แอคทีฟในผลึกเหลวซึ่งก่อตัวเป็นโซ่
การย้ายเซลล์ เป็น รากฐาน ของ กระบวนการทางชีววิทยา เช่น การซ่อมแซมเนื้อเยื่อ การพัฒนาตัวอ่อน และการแพร่กระจายของมะเร็ง งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงการอพยพโดยตรงของหยดละออง ซึ่งอาจทำให้ระบบนี้เป็นแบบจำลองที่ใช้งานได้จริงสำหรับการศึกษาการเคลื่อนไหวของเซลล์
การทดลองพิสูจน์หลักการแล้วเกิดอะไรขึ้น? มูราคามิอธิบายว่าในระหว่างการระเบิด แรงลอเรนซ์เบี่ยงเบนไอออนและอิเล็กตรอนในพลาสมาในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อให้เกิดการบิดตัว ซึ่งเป็นเอฟเฟกต์ที่เรียกว่าลาร์มอร์ไจเรชั่น การเคลื่อนที่แบบรวมที่เป็นผลลัพธ์ของอนุภาคประจุเชิงสัมพันธ์รอบแกนกลางของไมโครทิวบ์ทำให้เกิดกระแสสปินที่แรงด้วยความหนาแน่นประมาณ 10 15แอมแปร์/ซม. 2 เขากล่าวว่ากระแสหมุนเหล่านี้เป็นสิ่งที่สร้างสนามแม่เหล็กตามคำสั่งเมกะเทสลาที่ใจกลางหลอด
สถิติในร่มสำหรับความแรงของสนามแม่เหล็กถูกทุบโดยนักฟิสิกส์ในญี่ปุ่น”การศึกษาใหม่ของเราซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในรายงานทางวิทยาศาสตร์เป็นข้อพิสูจน์หลักการที่ว่าเทคโนโลยีเลเซอร์ในปัจจุบันสามารถใช้เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กขนาดเมกะเทสลาได้” มูราคามิกล่าวกับPhysics World “ตอนนี้เราวางแผนที่จะตรวจสอบฟิสิกส์ที่มีพลังงานสูง เช่น การเร่งอนุภาค การพัฒนาอุปกรณ์ฟิวชั่นขนาดกะทัดรัด และการสร้างคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอนโดยใช้แนวคิดใหม่ของการระเบิดไมโครทิวบ์”
Jian-Yue Jinกล่าวในการประชุมประจำปี ASTRO 2020 เมื่อเร็วๆ นี้ ว่า “การรักษาด้วยรังสี FLASH อาจเป็นเทคโนโลยีที่เปลี่ยนเกมได้ “มันสามารถสำรองเนื้อเยื่อปกติได้อย่างมาก ดังที่แสดงในแบบจำลองสัตว์ต่างๆ โดยกลุ่มวิจัยต่างๆ อย่างไรก็ตามกลไกของ FLASH ยังไม่เป็นที่เข้าใจกันดี”
Credit : commoditypointstore.com compendiumvalueacademy.com concellodetui.org confcommunication.com corporatetrainingromania.org
