Wissenschaft

Neu erfundene flüssige Materie kann sich von selbst entlang einer flachen Oberfläche bewegen

Neu erfundene flüssige Materie kann sich von selbst entlang einer flachen Oberfläche bewegen


Jede flüssige Substanz kann fließen, wenn eine Druckquelle eine Druck- oder Zugwirkung auf sie ausübt, z. B. eine Pumpe oder eine geneigte Oberfläche. Aber für Wissenschaftler an der Universität von Brandeis in Massachusetts erfüllen diese Gesetze der Physik einfach nicht. Daher haben sie geschickt einen Weg gefunden, wie sich Flüssigkeiten ohne das Eingreifen des Menschen und die Hilfe der Schwerkraft frei bewegen oder fließen können.

Schauen wir uns die Flüssigkeitsmechanik an

Wie können Flüssigkeiten unabhängig voneinander fließen, wenn sie auf eine ebene Fläche gestellt werden? Grundsätzlich werden biologische Zellen, die von Natur aus dynamische Eigenschaften besitzen, in einer Lösung kombiniert und bewirken, dass sich die gesamte Flüssigkeitsmischung spontan bewegt. Die für diese Bewegung verantwortliche biologische Zelle wird als Mikrotubuli bezeichnet. Diese Zelle hat ein hohles Zentrum und ist dynamisch instabil, wenn die Enden des Rohrs eine Wachstums- und Schrumpfungsphase durchlaufen. Infolgedessen wird die Zelle durch die Biege- und Dehnungsaktionen dynamisch.

Mikrotubuli-Struktur [Bildquelle: Wikimedia Commons]

Wissenschaftler der Universität Brandeis nahmen Mikrotubuli aus dem Gehirn einer Kuh heraus und mischten sie in eine wässrige Lösung. Zusätzlich haben sie zwei andere Moleküle gemischt, die in Zellen gefunden wurden, die als Kinesin und Adenosintriphosphat (ATP) bekannt sind.

Das folgende Video zeigt die Bewegung von Mikrotubuli in Zeitlupe, wenn sie in einer wässrigen Lösung schweben.

Das Kinesin wirkt wie ein Bindematerial zwischen der benachbarten Bildung der Mikrotubuli und die Aufgabe des ATP besteht darin, im Wesentlichen Energie für die Bewegung der Zellen bereitzustellen. Diese Kombination von Zellen führte zu einer turbulenten Dynamik von aktiven Massenflüssigkeiten. Die Zusammensetzung der Mikrotubuli riss im Laufe der Bewegung auseinander, aber neue Kinesin-Zellen passten sie schnell an einen neuen Partner an. Dieser Aufteilungs- und Kombinationszyklus von Mikrotubuli führte zu Wirbelmustern in der Flüssigkeit, und das Brandeis-Team schaffte es, diese Bewegung in einen gleichmäßigen Fluss oder in einen „kohärenten Fluss“ zu manipulieren. Der Unterschied zwischen der turbulenten und der kohärenten Strömung ist unten dargestellt.

[Bildquelle: Wissenschaft]

Das Video unten hat auf erstaunliche Weise die schöne Darstellung dieses zusammenhängenden Flusses eingefangen.

Anwendungsmöglichkeiten

Warum müssen sich Flüssigkeiten überhaupt unabhängig bewegen? Nun, eine mögliche Anwendung dieses wissenschaftlichen Durchbruchs ist in der Öl- und Gasindustrie. Mit dieser Art von Technologie muss möglicherweise kein Öl durch Rohrleitungen gepumpt werden, um fließen zu können. Besonders für Pipelines, die sich über Hunderte von Kilometern vom Ursprungsort bis zum Bestimmungsort erstrecken. Darüber hinaus könnte dieser vielversprechende Durchbruch auch zu selbstfahrenden Gelen führen, von denen der Maschinenbau profitieren würde.

"Im Wesentlichen nutzten sie die Kraft der Natur, um eine mikroskopisch kleine Maschine zu entwickeln, die Flüssigkeit pumpen kann", sagte das Brandeis-Team. "Aus technologischer Sicht bilden selbstpumpende aktive Flüssigkeiten die Grundlage für die Entwicklung von weichen, selbstorganisierten Maschinen, die chemische Energie direkt in mechanische Arbeit umwandeln", so die Wissenschaftler in ihrem veröffentlichten Artikel. Aus dem Ton dieser Aussage geht hervor, dass sie auch für die Energiewirtschaft gilt. Wenn chemische Energie mechanische Arbeit befeuern kann, müssen wir uns in Zukunft möglicherweise nicht mehr auf fossile Brennstoffe verlassen, und diese Technologie könnte unter einen neuen Zweig sauberer Energiequellen fallen. Was denken Sie?

SIEHE AUCH: Neu entwickelter Materiezustand kombiniert Superfluidität und Solidität


Schau das Video: Geheimnisse des Universums: Das Rätsel der Dunklen Materie und Energie