科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出溫和的 微觀的手來(lái)研究細(xì)小 柔軟的材料
用人的手來(lái)處理非常柔軟,細(xì)膩的物品而不損壞它們已經(jīng)足夠困難,更不用說(shuō)用實(shí)驗(yàn)室儀器在微觀規(guī)模上進(jìn)行了處理。三項(xiàng)新的研究表明,科學(xué)家們是如何使用精確控制的流體流動(dòng)(像溫和的微觀指針)來(lái)磨練處理細(xì)小,柔軟的顆粒的技術(shù)的。該技術(shù)使研究人員能夠測(cè)試這些軟顆粒以及由它們制成的物品的物理極限,范圍從生物組織到織物柔軟劑。
由伊利諾伊大學(xué)的查爾斯·施羅德(Charles Schroeder),雷·貝弗利·曼策(Ray and Beverly Mentzer)化學(xué)和生物分子工程學(xué)院的學(xué)者進(jìn)行的三項(xiàng)研究詳細(xì)介紹了斯托克斯阱的技術(shù)和應(yīng)用,該方法是一種僅利用流體流動(dòng)來(lái)處理小顆粒的方法。研究人員說(shuō),在發(fā)表在《軟物質(zhì)》雜志上的最新研究中,研究小組使用斯托克斯陷阱來(lái)研究囊泡的動(dòng)力學(xué)。囊泡是一種充滿粘性的,充滿液體的顆粒,是被剝離的細(xì)胞形式,與生物系統(tǒng)直接相關(guān)。這是對(duì)《Physical Review Fluids》和《Physical Review Applied》雜志上兩項(xiàng)最新研究的補(bǔ)充,該研究擴(kuò)大了捕集方法的功能。
化學(xué)和生物分子工程專業(yè)的研究生,Dinesh Kumar說(shuō):“還有其他一些用于處理小顆粒的技術(shù),例如廣泛使用的,獲得諾貝爾獎(jiǎng)的光學(xué)陷阱方法,該方法使用經(jīng)過(guò)仔細(xì)對(duì)準(zhǔn)的激光來(lái)捕獲顆粒。”其中兩項(xiàng)研究。“斯托克斯阱比其他方法具有多個(gè)優(yōu)勢(shì),包括易于擴(kuò)展以研究多個(gè)粒子以及控制不同形狀的粒子(例如棒或球)的方向和軌跡的能力。”
借助改進(jìn)的Stokes捕集阱技術(shù),研究小組著手了解脂質(zhì)囊泡遠(yuǎn)離正常平衡狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)。
施羅德說(shuō):“我們想了解當(dāng)這些顆粒以強(qiáng)力流動(dòng)被吸附時(shí)會(huì)發(fā)生什么。” “在現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用中,這些材料在彼此相互作用時(shí)會(huì)被拉伸;它們會(huì)被加工,注入并不斷承受導(dǎo)致變形的應(yīng)力。變形時(shí)的行為方式對(duì)它們的使用,長(zhǎng)期穩(wěn)定性和穩(wěn)定性都有重要影響??杉庸ば?。”
庫(kù)馬爾說(shuō):“我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)囊泡在強(qiáng)烈流動(dòng)中變形時(shí),它們會(huì)拉伸成三種不同的形狀之一-對(duì)稱啞鈴,不對(duì)稱啞鈴或橢圓形。” “我們觀察到這些形狀轉(zhuǎn)變與囊泡內(nèi)部和外部之間的流體粘度差異無(wú)關(guān)。這表明斯托克斯阱是一種有效的方法,可以測(cè)量溶液中軟質(zhì)材料的拉伸動(dòng)力學(xué),并且遠(yuǎn)非達(dá)到平衡。”
利用他們的新數(shù)據(jù),研究團(tuán)隊(duì)能夠生成一個(gè)相圖,研究人員可以使用該相圖來(lái)確定某些類型的流體流將如何影響變形,以及從不同流向拉動(dòng)時(shí)最終影響軟顆粒的物理特性。
庫(kù)馬爾說(shuō):“例如,由囊泡懸浮液組成的織物柔軟劑之類的產(chǎn)品不能正常工作。” “使用斯托克斯阱,我們可以找出哪種類型的粒子相互作用導(dǎo)致囊泡聚集,然后設(shè)計(jì)性能更好的材料。”
研究人員說(shuō),該技術(shù)目前受到斯托克斯陷阱可以捕獲和處理的顆粒大小的限制。他們正在使用通常直徑大于100納米的顆粒,但是為了使這項(xiàng)技術(shù)更直接地應(yīng)用于生物系統(tǒng),他們將需要能夠捕獲直徑10至20納米甚至更低的顆粒。單一蛋白質(zhì)。
該小組目前正在努力捕獲較小的顆粒,并與斯坦福大學(xué)的同事合作,應(yīng)用Stokes阱來(lái)研究膜蛋白。
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