Se puede hacer que las gotitas de aceite actúen como depredadores, persiguiendo a otras gotitas que huyen como presas. El comportamiento, que está controlado por la señalización química producida por las gotitas, imita el comportamiento visto entre los organismos vivos pero, hasta ahora, no se había recreadoen sistemas sintéticos. Este sistema químico sintonizable podría potencialmente servir como modelo para ayudar a comprender las interacciones en sistemas de muchos cuerpos, como bancos de peces, colonias de bacterias o enjambres de insectos.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por científicos de Penn State describe el sistema en un artículo publicado el 16 de noviembre de 2020 en la revista Química de la naturaleza.
"Al controlar la química de las gotas de aceite, podemos crear un sistema en el que las gotas se comporten activamente y se comuniquen entre sí a través de gradientes químicos", dijo Lauren Zarzar, profesora asistente de química en Penn State y líder de la investigación.equipo. "Lo interesante que encontramos es que se puede diseñar un sistema de gotas que exhiban interacciones 'no recíprocas'. Una gota es atraída por la otra, mientras que la otra es repelida, similar al comportamiento de depredadores y presas."
Los investigadores colocan gotitas a microescala de los dos aceites diferentes en una solución de agua y un surfactante, un compuesto que se encuentra comúnmente en los jabones y que reduce la tensión superficial de los líquidos. Uno de los aceites se disuelve más fácilmente en la solución del surfactante y causa esas gotas.emitir un gradiente químico de moléculas de aceite en su entorno. Las gotas son repelidas por el aceite disuelto.
"Inicialmente, esta nube de aceite alrededor de las gotas es básicamente simétrica y las gotas no se mueven", dijo Caleb Meredith, estudiante de posgrado en Penn State y co-primer autor del artículo. "Pero lo que descubrimos es que elLas gotas de presa pueden absorber parte del aceite liberado por las gotas de los depredadores, lo que establece un intercambio de aceite de fuente-sumidero entre las gotas. Cuando las gotas se acercan lo suficiente, se crea una asimetría en el gradiente químico entre las dos gotas y provoca lagota de depredador para moverse hacia la presa, preparando una persecución. "
La asimetría del gradiente químico del petróleo generado por la fuente y el sumidero causa una diferencia en la tensión superficial a través de la superficie de las gotas de depredador y presa. El gradiente hace que la gota de depredador fuente se mueva hacia la gota de presa sumideroDel mismo modo, debido al efecto del gradiente químico emitido por el depredador, la presa es repelida por el depredador que se acerca.
"Uno de los resultados sorprendentes es que las dos gotas de aceite no necesitan ser químicamente muy diferentes entre sí para provocar este comportamiento", dijo Zarzar. "Analizamos una amplia variedad de composiciones químicas para los aceites y el surfactante, lo que nos permitió establecer un conjunto de reglas que gobiernan estas interacciones. Podemos usar estas reglas para ajustar la fuerza de las interacciones controlando las composiciones de las gotas de aceite o surfactante ".
El equipo de investigación también desarrolló un modelo, que basado en mediciones de las velocidades de persecución entre pares individuales de gotas, pudo simular con precisión el movimiento de muchas gotas y mostrar cómo se organizan en grupos más grandes que se mueven en una variedad de formas..
"A mí realmente me parecen como si estuvieran vivos a veces", dijo Meredith. "Cuando varias gotas se juntan en grupos, pueden comenzar a rotar, detenerse y avanzar, moverse en espirales e incluso dividirse en grupos más pequeños.. "
Los investigadores dicen que al comprender los tipos de reglas que gobiernan estas interacciones, su sistema podría eventualmente usarse para modelar experimentalmente sistemas de muchos cuerpos que van desde el comportamiento de un gran número de animales hasta las interacciones que podrían haber jugado un papel en laevolución de la vida temprana.
"Lo que estamos haciendo es una investigación realmente básica y fundamental donde la motivación es comprender los procesos en el trabajo que pueden controlar la actividad de cosas inanimadas como las gotas de aceite", dijo Zarzar. "Pero estas ideas podrían encontrar aplicación en otrosáreas, como el autoensamblaje, los comportamientos grupales e incluso al pensar en los orígenes de la vida en la Tierra, donde las mezclas de componentes químicos simples tenían que organizarse de alguna manera en estructuras que no están en equilibrio. Claramente, no estamos viendo los mismos químicos, peropuede ser capaz de establecer parámetros o condiciones que, por ejemplo, den lugar a tipos similares de interacciones que ocurrieron ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Original escrito por Sam Sholtis. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :