بررسیِ چگونگیِ حرکتِ ذراتِ نامتقارن حولِ محورِ پیش‌ران، ما را در درکِ بهتر حرکتِ ریزسازواره‌های زیستیِ واقعی کمک خواهد کرد.

ذراتِ خودپیش‌ران در مقیاسِ میکرون را می‌توان به عنوانِ مدلی برای شناگرهای زیستیِ واقعی هم‌چون باکتری‌ها و اسپرم‌ها به کار گرفت. پژوهش‌گران تاکنون بر روی ذراتِ کروی و میله‌ای تمرکز کرده‌اند اما آزمایش‌های تازه‌ای با ذراتِ اِل‌شکل انجام شده که بینشِ ما را درباره‌ی آن‌دسته از ریزسازواره‌های (میکروارگانیسم‌های‌) زیستی که حولِ محورِ پیش‌رانِ خود تقارن ندارند، افزایش می‌دهد. بنابر گزارشِ فلیکس کمِل (Felix Kümmel) از دانش‌گاهِ اشتوتگارتِ آلمان و هم‌کارانش که در Physical Review Letters منتشر شده، آزمایش‌ها نشان می‌دهند که چنین ذراتی در مایع‌های آزاد به صورتِ دایره‌ای حرکت می‌کنند، اما در نزدیکیِ سطوح، مسیرِ مستقیم‌تری را می‌پیمایند.

کمل و هم‌کارانش ابتدا این ذراتِ اِل‌شکل را از پلیمر تراشیده و سپس به صورتِ گزینشی بر روی سطحِ زیرینِ بازوی کوتاه‌ترِ این ذرات (شکل را ببینید)، لایه‌ای از طلا رسوب داده‌اند. هنگامی که یکی از این ذرات در مخلوطی حلّال قرار گرفته و نور بر آن تابیده می‌شود روکشِ طلا به صورتِ موضعی، حلّال را به دو جزوِ تشکیل‌دهنده‌اش (آب و لوتیدین) تجزیه می‌کند. به این ترتیب گرادیانِ شیمیایی تولید می‌شود که ذره را در یک راستا به پیش می‌راند. بر خلافِ ذراتِ متقارن که در چنین شرایطی معمولاً به صورتِ گشت‌زنیِ تصادفی حرکت می‌کنند، ذراتِ اِل‌شکل بر روی مسیرهای دایره‌ای می‌چرخند که ساعت‌گرد یا پادساعت‌گرد بودنِ این مسیرها به دستیدگیِ ذره بستگی دارد (این‌که کدام سوی ذره را برای رسوب‌دادنِ طلا برگزینیم دستیدگیِ ذره را مشخص می‌کند). هم‌چنین در این آزمایش‌ها دیده شده هنگامی که این ذرات به دیواره‌ای برخورد می‌کنند، بسته به زاویه‌ی برخوردشان با دیواره، یا کمانه می‌کنند و یا در طولِ یک راستای تقریباً مستقیم به حرکت ادامه می‌دهند.

اف. کمل/دانش‌گاه اشتوتگارت

با در نظر گرفتنِ نیروهای گران‌روی (ویسکوزی) که از طرفِ مایع به این ذرات وارد می‌شود، می‌توان این مشاهداتِ آزمایش‌گاهی را بهتر درک کرد: نیروی گشتاوری به این ذرات وارد می‌شود که اندازه‌ی آن به سرعتِ ذره وابسته است و حرکتِ دایره‌ایِ این ذرات را موجب می‌شود. اما هنگامی که این ذرات به مرزهایی مانندِ دیواره‌های مجرا نزدیک می‌شوند، برهم‌کنش‌های فضاییِ ذره-دیواره حرکتِ دایره‌ای ذره را مختل می‌کند. این سامانه راهی برای ما فراهم می‌کند تا چگونگیِ حرکتِ ریزسازواره‌ها با اشکالِ عجیب در طولِ رگ‌های باریکِ خونی و یا رگ‌برگ‌های گیاهان را بهتر دریابیم.

منبع:

http://physics.aps.org/synopsis-for/print/10.1103/PhysRevLett.110.198302