Algunos de los patrones más exquisitos de la naturaleza; hojas alrededor del tallo de una planta, escamas en un cono de pino, y la cola de algunos virus, Consisten en pequeños objetos que decoran un chasis cilíndrico con un patrón específico. El método de construcción preferido por la naturaleza es a través del autoensamblaje, el proceso en el que los componentes individuales se organizan de forma autónoma y espontánea en estructuras ordenadas. Inspirándose en la naturaleza, científicos del Center for Soft and Living Matter, dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur), encontró las condiciones necesarias para construir dinámicamente grandes estructuras a partir de pequeños objetos dentro de cilindros giratorios. Mientras que la naturaleza nos ofrece hermosos ejemplos de patrones, como hebras de ADN, recrear las mismas estructuras tubulares en el laboratorio ha sido difícil, especialmente si se usan juntas dos o más tipos de partículas.

Los investigadores idearon un método para compactar varias partículas o la forma de burbujas dentro de un cilindro aprovechando la fuerza centrípeta de un fluido en rotación. Debido a esta fuerza, El fluido de mayor densidad se expulsa mientras que el material de menor densidad se impulsa hacia el centro. A medida que el líquido más denso (más pesado) gira, las partículas más ligeras dentro del cilindro se organizan en un conjunto tubular. Los ensamblajes tubulares anteriores se han estudiado de una manera completamente diferente, como estampar marcos. La creación de cristales tubulares en condiciones de no equilibrio de un marco de referencia giratorio es un intento conceptualmente nuevo de su autoensamblaje. Al usar este método, es posible hacer cristales tubulares a partir de dos tipos de partículas, que no se había hecho antes.

El primer autor, Lee Tae-hoon, un estudiante graduado, dijo, "Este estudio puede extenderse a varios sistemas, incluidas las entidades blandas, como burbujas o incluso células vivas ”. Se cree que este trabajo contribuirá a la creación de diversas formas de microcompuestos en los que las partículas podrían alcanzar dimensiones coloidales, haciendo que estas estructuras sean útiles en, por ejemplo, aplicaciones fotónicas.

La realización de este tipo de experimento tradicionalmente ha tenido que lidiar con problemas causados ​​por la gravedad. Cuando la gravedad está presente, se produce la sedimentación, que ha llevado a algunas investigaciones realizadas en la Estación Espacial Internacional donde la gravedad se elimina de la ecuación. "Lo que logramos hacer mediante el uso de líquidos rotativos es apagar la gravedad de manera efectiva porque la golpeamos contra la fuerza de flotación. La gravedad siempre está ahí, pero introdujimos una fuerza que la iguala exactamente. En algún sentido, podemos hacer un experimento en la Tierra que normalmente requeriría el espacio exterior, condiciones de gravedad cero ", explica Bartosz Grzybowski, quien dirigió el estudio.

Ahora que los científicos pueden controlar grupos de partículas mediante la rotación, se centrarán en controlar partículas individuales. Es posible mover una sola partícula en un espacio 3-D utilizando láseres (pinzas ópticas) o imanes (trampas magnéticas), pero ambos métodos requieren instalaciones voluminosas. Bartosz Grzybowski explica:"Si desea atrapar una partícula y moverla a una ubicación deseada en 3-D, generalmente requiere bastante equipo. Pero ahora sabemos cómo manipular objetos pequeños mediante flujos de fluidos en un marco de referencia giratorio. , cómo manipular partículas en 3-D, y colocarlos como con unas pinzas, aunque no tenemos pinzas ". Además de estudiar los efectos sobre las partículas sólidas, sus estudios sobre la forma de las burbujas están dando lugar a experimentos en unidades cada vez más pequeñas; células. La capacidad de aplicar fuerzas suavemente a los objetos blandos podría potencialmente llevar a controlar la función de las células mientras se mantienen vivas.