Ограничени, макар и различни, частиците образуват едни и същи геометрични модели

Частици, толкова различни като сапунени мехурчета и сачмени лагери, могат да бъдат накарани да се подредят по абсолютно един и същи начин според ново проучване, което би могло да отключи създаването на чисто нови материали, включително такива с обещаващи биомедицински приложения.

Международното проучване разкрива как различни частици се самоорганизират в идентични геометрични патерни (модели, шарки, подредби), когато са ограничени. Работата е публикувана в списание Physical Review E.

Откритието би могло да помогне на учените да проектират усъвършенствани материали за медицинска употреба – включително в интелигентни системи за доставяне на лекарства и целенасочени терапии. То би могло да предложи и ценни прозрения за тъканното инженерство, където разбирането как биологичните клетки се разполагат в тесни пространства е от съществено значение за разработването на ефективни скелета и регенеративни лечения.

Университетът в Абъристуит участва в експериментите с пяна, провеждани на Международната космическа станция. Това дългогодишно многонационално проучване върху свойствата на мокрите пени в условия на микрогравитация води до подобрени математически модели за образуване на пяна и до производството на храни с по-постоянна и по-дълготрайна текстура и подобрения в промишлените процеси, като например извличане на масло и пречистване на минерали. Кредит:  Simon Cox/Aberystwyth University

Пробивът е постигнат с помощта на прост математически модел, който балансира две конкуриращи се сили - колко силно частиците се отблъскват и колко плътно са ограничени. Чрез настройване на тези параметри, учените са успели да предскажат и възпроизведат същите подредби в редица материали.

За да проверят теорията си, екип от изследователи от Великобритания, Бразилия и Ирландия провежда експерименти с плаващи магнити, сачмени лагери и сапунени мехурчета. Забележително е, че въпреки различията си, всички частици придобиват еднакви форми, когато са поставени в внимателно проектирани контейнери.

Професор Саймън Кокс (Simon Cox) от катедрата по математика на университета в Абъристуит. Кредит:Aberystwyth University

"Увлекателното е, че отделни обекти, толкова разнообразни като сапунени мехурчета и магнитни частици, могат да бъдат накарани да се държат по един и същи начин, просто чрез промяна на начина, по който са ограничени. Това е силно напомняне, че природата често следва универсални правила, дори когато съставките изглеждат напълно различно", коментира съавторът на изследването професор Саймън Кокс (Simon Cox) от катедрата по математика на университета в Абъристуит.

"Разбирането на това как частиците се самоорганизират в затворени пространства е ценно за проектирането на нови материали с персонализирани свойства, например в биомедицинското инженерство, където би могло да помогне за разработването на лечения като целенасочени терапии и интелигентни или бавно освобождаващи се капсули. То би могло да бъде от полза и за индустрията, като помага при опаковането и транспортирането на гранулирани материали като прахове, зърна или пелети."

Справка: P. D. S. de Lima et al, Self-assembled clusters of mutually repelling particles in confinement, Physical Review E (2025). DOI: 10.1103/1wcz-hhw6. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2506.19772

Източник: Diverse particles form identical geometric patterns when confined, model reveals, Aberystwyth University

Още по темата

29/07/2025

Физика

Нереципрочните взаимодействия определят реда на живота

17/07/2025

Животът

Има само пет правила, които оформят органите

30/04/2025

Животът

Можем ли да програмираме живота? Пренаписване на правилата за това как клетките се самоорганизират

09/08/2023

Математика

Математиката предвижда самоорганизираното обучение в реалните неврони