– Prezentujemy nową klasę aktywnych, elastycznych mikropływaków wytwarzanych przez proste schłodzenie 3-składnikowej mieszaniny. Są one łatwe do kontrolowania i tanie w produkcji – mówi dr Maciej Lisicki z Wydziału Fizyki UW. Jest on jednym z autorów nowego artykułu w „Nature Physics”.

W „Nature Physics” ukazał się nowy artykuł autorstwa naukowców z Wydziału Fizyki UW, University of Cambridge, Queen Mary University of London i University of Sofia. Opisuje on zachowanie zawiesiny mikrokropelek oleju z dodatkiem środka powierzchniowo czynnego (surfaktanta podobnego do detergentu) w wodzie. Kropelki mają średnicę około 20 mikrometrów, dzięki czemu są widoczne pod mikroskopem. Podczas powolnego chłodzenia kropel oleju, w temperaturach zbliżonych do 2–8 stopni Celsjusza, cząsteczki środka powierzchniowo czynnego wewnątrz nich zaczynają tworzyć fazę plastyczną. W rezultacie odkształcają krople w taki sposób, że zaczynają one wytwarzać wydłużone struktury, przypominające włókna, w jednym lub kilku miejscach na powierzchni. Tworzenie się tych elastycznych włókien powoduje ruch kropel w sposób podobny do ruchu mikroskopijnych pływaków, takich jak bakterie. Co więcej, proces ten jest w pełni odwracalny poprzez cykliczne zmiany temperatury ich otoczenia.

 

– Prezentujemy nową klasę aktywnych, elastycznych mikropływaków wytwarzanych przez proste schłodzenie 3-składnikowej mieszaniny. Są one łatwe do kontrolowania, a ich wytworzenie jest tanie. Dzięki temu mamy proste narzędzie do badania dynamiki znacznie bardziej skomplikowanych układów biologicznych – mówi dr Maciej Lisicki z Wydziału Fizyki UW, dodając: – Zmieniając temperaturę zewnętrzną i kontrolując szybkość chłodzenia, jesteśmy w stanie zaobserwować powstawanie misternych struktur geometrycznych przypominających wici pływających mikroorganizmów. 

 

Dynamika płynów w skali mikro

Surfaktanty użyte w tym badaniu są biokompatybilne, więc układ tego typu może być przydatny w dalszych badaniach dynamiki materii aktywnej, zwłaszcza w mieszaninach sztucznych i biologicznych mikropływaków, w celu badania ich kolektywnej dynamiki i oddziaływań pomiędzy pływakami.

 

– Analizujemy szczegółowo deformacje wytwarzanych włókien i wiążemy je z ruchem pływających kropelek. W ten sposób uzyskujemy nowe spojrzenie na ruch mikropływaków. Korzystając z narzędzi teoretycznych do opisu dynamiki płynów w mikroskali, jesteśmy w stanie zrozumieć, dlaczego te włókna się tworzą, wyjaśniamy ich kształty i określamy ilościowo obserwowany ruch kropel – tłumaczy dr Lisicki.

 

Odkrycia są wynikiem wieloletniej współpracy międzynarodowej naukowców z Polski, Bułgarii i Wielkiej Brytanii. Synteza kropelek i eksperymenty zostały przeprowadzone przez zespół kierowany przez prof. Nikolaia Denkova z Uniwersytetu Sofijskiego, we współpracy z grupą dr. Stoyana Smoukova z Queen Mary University of London. Opis ruchu w takim układzie wymaga uwzględnienia zarówno odkształcenia sprężystego włókien, jak i ich oporu hydrodynamicznego. Model przewiduje prędkość pływania kropel oleju w zależności od elastycznych właściwości zestalonych włókien. Model teoretyczny opisujący dynamikę tych nowych cząstek aktywnych skonstruowali: dr Maciej Lisicki (Warszawa), dr Gabriele De Canio i prof. Eric Lauga (Cambridge).