Rays Universiteti tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləriDüyün əmələ gətirən çöküntü zəncirinin qrafiki. Kredit: Rays Universiteti

Düyünlər hər yerdədir – dolaşıq qulaqlıqlardan tutmuş virusların içərisində gizlənmiş DNT tellərinə qədər – lakin təcrid olunmuş bir filamentin toqquşma və ya xarici tərpəniş olmadan necə özünü düyünləyə biləcəyi yumşaq maddə fizikasında uzun müddətdir davam edən bir tapmaca olaraq qalır.

İndi isə, İtaliyanın Rays Universiteti, Corctaun Universiteti və Trento Universitetindən olan bir qrup tədqiqatçı, hətta çox qısa və ya asanlıqla öz ətrafına dolaşmaq üçün çox sərt olan tək bir filamentin güclü cazibə qüvvələri altında mayedə batarkən düyün əmələ gətirə biləcəyini izah edən təəccüblü bir fiziki mexanizm aşkar edib.

“Physical Review Letters” jurnalında dərc olunmuş bu kəşf, DNT-nin qapalı şəraitdə necə davrandığını anlamaqdan tutmuş yeni nəsil yumşaq materialların və nanostrukturların dizaynına qədər müxtəlif təsirləri ilə polimer dinamikasının fizikasına yeni bir baxış təqdim edir.

Cazibə qüvvəsi altında filamentlər necə düyünlənir

Raysın Kimya və Biomolekulyar Mühəndislik Departamentinin müdiri və Kimya Mühəndisliyi üzrə Uilyam M. Makkardel adına professor, müvafiq müəllif Sibani Liza Bisval bildirib ki, “Tək, təcrid olunmuş bir filamentin öz-özünə düyünlənməsi mahiyyət etibarilə çətindir. Bu tədqiqatın diqqətəlayiq tərəfi odur ki, o, güclü cazibə qüvvələri altında mayedə çökərkən stoxastik qüvvələr səbəbindən filamentin düyün əmələ gətirməsinə imkan verən təəccüblü dərəcədə sadə və zərif bir mexanizmi göstərir.”

Broun dinamikası simulyasiyalarından istifadə edərək tədqiqatçılar nümayiş etdirdilər ki, yarımçevik filament özlü mayedən keçdikcə – ultrasentrifuqada olduğu kimi – uzun mənzilli hidrodinamik axınlar filamenti öz üzərinə əyib qatlaya bilər. Bu axınlar filamentin bir hissəsini kompakt başa cəmləşdirir, qalan hissəsini isə arxadakı quyruğa uzadır və ilmələrin kəsişməsinə və sabit düyünlərə bağlanmasına imkan verən bir konfiqurasiya yaradır.

“Biz aşkar etdik ki, bu düyünlər sadəcə görünmür, əksinə, dinamik bir iyerarxiya vasitəsilə inkişaf edir, sıxlaşır və daha sabit topologiyalara çevrilir, sanki tavlama prosesi kimi”, – deyə həmmüəllif, JS Abercrombie Kimya və Biomolekulyar Mühəndislik Professoru və Rays Universitetinin kimya, fizika və astronomiya professoru Fred Makintoş bildirib. “Bu mexanizm mürəkkəb strukturların axın və qüvvə altında öz-özünə necə yığıla biləcəyinə dair yeni bir perspektiv təqdim edir.”

Biologiya və materialşünaslıq üçün təsirləri

Simulyasiyalar göstərir ki, daha güclü cazibə sahələri həm düyün əmələ gəlmə ehtimalını, həm də sabitliyini artırır, həm də daha elastik filamentlərin geniş çeşiddə düyün növlərini daha asanlıqla əmələ gətirdiyini göstərir. Yüksək sahə güclərində düyünlər uzun müddət qalır, hidrodinamika və seqmentlər arasındakı sürtünmə səbəbindən filament daxilində gərginlik ilə sabitləşir və sistemin mürəkkəb və uzunömürlü konfiqurasiyalara çatmasına imkan verir.

“Simulyasiyalarımızda sabit düyünlü konfiqurasiyaları ilk dəfə müşahidə edəndə təəccübləndim”, – deyə ilk müəllif və Rays-ın keçmiş doktorantı, hazırda Corctaun Universitetində doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı olan Lukas HP Kunya bildirib. “Bu fenomenin arxasındakı mexanizmləri deşifrə etmək həyəcanverici bir səyahət oldu və kiçik miqyaslarda hidrodinamikanın oynadığı əsas rolun güclü sübutlarını ortaya qoydu.”

Polimerlərin düyünlənməsi bioloji sistemlərdə mühüm rol oynayır. Zülallar və digər makromolekullar hüceyrələr daxilində davranışlarına və funksiyalarına təsir edən düyünlər əmələ gətirə bilərlər. Bəzi hallarda onlar faydalıdır. Digərlərində isə neytraldırlar, bəzi hallarda isə, genom DNT-si kimi, zərərli ola bilərlər. Bu düyünlərin necə əmələ gəldiyini və sabitləşdiyini anlamaq, genom qablaşdırması, elektroforez və nanoməsamə daşınması kimi prosesləri şərh etmək üçün yeni bir təməl yaradır.

Bisval bildirib ki, “Bu tədqiqat qüvvələrin və axınların polimer davranışını necə formalaşdırdığına dair anlayışımızı dərinləşdirir. Bu, mexaniki xüsusiyyətləri yalnız tərkibi ilə deyil, topologiyası ilə proqramlaşdırılmış yeni materialların dizaynına qapı açır.”

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Gələcək tətbiqlər və imkanlar

Biologiyadan əlavə, bu tapıntılar nanomaterialların istehsalına yeni yanaşmalar barədə məlumat verə bilər, burada düyünlənmənin idarə olunması naxışlı və ya mexaniki olaraq gücləndirilmiş strukturlara gətirib çıxara bilər və həmçinin laboratoriyalarda və sənayedə istifadə olunan genişmiqyaslı ayırma və xarakteristika vasitələrinin təkmilləşdirilməsinə dair fikirlər təqdim edə bilər.

MakKintoş bildirib ki, ” Sahədə düyünləmə nə vaxtsa tədqiqatçıların hazırda “düyün fabrikləri” adlandırdıqlarına genişlənə bilən alternativ təqdim edə bilər. Bu təbii prosesi necə istifadə edəcəyimizi öyrənməklə, əl ilə və ya kimyəvi manipulyasiya əvəzinə hidrodinamika və öz-özünə yığılmadan istifadə edən yeni texnologiyalar təsəvvür edə bilərik.”

Bu, yeganə üstünlük deyil: “Ümumiyyətlə, düyünlər çox uzun polimerlərdə əmələ gəlir və sıx və sabit olmaq üçün daha uzun polimerlər tələb olunur”, – deyə Trento Universitetinin həmmüəllifi və dosenti Luka Tubiana bildirib.

“Tədqiqatımız çox qısa polimerlərdə uzunömürlü, sıx, mürəkkəb düyünlər əldə etmək üçün eksperimental olaraq əldə edilə bilən bir yol təklif edir və bu da düyün nəzəri və polimer nəzəriyyəsi proqnozlarını eksperimental müşahidələrlə daha yaxşı əlaqələndirmək imkanı yaradır.”

Daha çox məlumat: Lucas H. P. Cunha və digərləri, Hidrodinamika ilə idarə olunan yarı elastik liflərin iyerarxik düyün əmələ gəlməsi, Fiziki icmal məktubları (2025). DOI: 10.1103/z7jb-fvjl

Jurnal məlumatları: Fiziki icmal məktubları 

Rays Universiteti tərəfindən təmin edilir