Uban sa tabang sa gagmay nga mga magnetic rod ug usa ka rotating magnetic field, ang mga siyentipiko nakahimo sa pagsundog sa nag-agay nga paglihok sa samag-buhok nga mga istruktura sa ibabaw sa selula.
Tungod sa koordinado nga pag-usab-usab sa mga istruktura nga sama sa buhok nga nailhan nga cilia, ang single-celled paramecium makalihok sa palibot sa tubig niini sa gikusgon nga napulo ka pilo sa iyang kaugalingong gitas-on matag segundo. Ang mga baga sa tawo usab adunay cilia, ug ang paglihok niini nga cilia nagpadali sa pagtangtang sa mucus. Ang fluid-shifting nga abilidad sa cilia usa ka butang nga microfluidic researchers gusto nga sundon alang sa bag-ong mga device, apan sila adunay kalisud sa paghimo sa synthetic cilia sa microscale. Karon, ang mga tigdukiduki nga gipangulohan ni Jaap den Toonder gikan sa Eindhoven University of Technology sa Netherlands nagpakita kung unsa ang dili maayo nga artipisyal nga mga pilok nga makasundog sa mga gimbuhaton sa tinuod nga mga pilok. Dugang pa, ang ilang panukiduki nagpadayag sa piho nga mga kabtangan sa paglihok sa cilia nga hinungdan sa pag-apod-apod sa likido.
Ang mga bundle sa microtubule ug dugang nga espesyal nga mga protina nagporma og natural nga cilia. Ang ilang dungan nga pag-inat gikontrolar sa usa ka balde nga brigada sa mga molekula nga nagsenyas nga maoy hinungdan nga ang usa ka cilium moinat dayon human sa silingan niini. Ang resulta nga pattern, nga nailhan nga metachrony, susama sa usa ka crowd wave sa usa ka stadium. Mahimo masundog sa mga tigdukiduki kini nga kolektibo nga paglihok sa sintetikong mga pilok gamit ang usa ka lainlaing oras nga magnetic field. Ang cilia niini nga modelo mao ang mga flexible rods nga hinimo sa paramagnetic nga materyal nga gihan-ay sa usa ka array sa usa ka nawong.
Ang cilia motubag pinaagi sa pagyukbo sa direksyon sa kapatagan samtang kini molihok tabok sa array, sama sa usa ka airport radar nga nag-scan sa kalangitan. Aron madala kini nga ideya sa kinabuhi duha ka tuig na ang milabay, si Den Toonder ug ang iyang team migamit ug conveyor belt nga adunay daghang mga magnet aron mapalihok ang mga rod. Apan ang mga magnet ug mga rod maoy mga 10 mm ang gidak-on, nga tulo ka pilo nga mas dako kay sa normal nga cilium.
Ang pinakabag-o nga eksperimento sa team nakahimo sa pagpakunhod sa gidak-on ngadto sa duha ka han-ay sa magnitude, ug posible nga mokunhod pa kini. Ang talagsaon nga pamaagi diin ang magnetic field nagdumala sa mga artipisyal nga eyelashes nagtugot sa sistema nga mahimong miniaturized. Ang mga siyentista migamit ug naandang paagi sa paghimo sa 150 µm-long cilia gikan sa paramagnetic carbonyl iron.
Dayon ilang gipapilit ang mga koleksyon niini nga mga cilia sa usa ka plastik nga substrate nga gibutang sa ibabaw sa usa ka silindro sa paramagnetic nga materyal. Kung ang sistema na-expose sa usa ka rotating magnetic field tungod sa cylinder nga nagtuis sa field lines, ang matag cilium nakasinati og lain-laing magnetic field sa bisan unsang oras. Ang matag cilium mitubag pinaagi sa pagyukbo sa unahan ug dayon pag-atras nga elastic sa dihang kining lokal nga uma nagtuyok gikan sa lig-on ngadto sa huyang. Gamit ang simulation software, ang timing sa field fluctuations gi-adjust aron ang usa ka wave moagi sa array.
Si Den Toonder ug ang iyang team migamit ug video camera nga gitaod sa mikroskopyo aron kumpirmahon nga ang ilang miniature nga artipisyal nga mga pilok milihok sa metachronal nga paagi.
Apan makalihok ba ang cilia sa pluwido? Niini nga kaso, sa unsang paagi? Kini nga pangutana mas nuanced kay sa unang tan-aw. Posible nga ang pareho nga latigo nga paglihok sa indibidwal nga cilia ug ang ilang kolektibong metachronal waves hinungdan sa fluid motion. Dugang pa, kung ang pabalik-balik nga mga stroke sa usa ka cilium simetriko, ang cilium dili makahimo og net fluid nga paglihok nga independente.
Naghimo ang mga siyentista og microfluidic device gikan sa tin-aw nga plastik ug gipuno kini sa duha ka likido sa usa ka higayon: tubig ug glycerol, matag usa, aron i-simulate ang usa ka low-viscosity nga likido ug ang lain usa ka high-viscosity nga likido aron makuha ang mga tubag. Dugang pa, ilang giimbestigar ang duha ka lain-laing mga matang sa cilia arrays, ang usa diin ang balud mokaylap sa samang direksyon sama sa forward bending nga direksyon, ug ang usa diin sila magkasumpaki.
Kining duha ka estado, nga gitawag ug symplectic ug antiplectic, matag usa, katumbas sa duha ka nag-unang mga kategoriya sa metachronal nga mga lihok nga makita sa natural nga mga cilia. Sa diha nga ang paramagnetic cylinder gikuha gikan sa asembliya, ang cilia nag-oscillated pabalik-balik nga walay usa ka metachronal wave, apan ang rotation field nagpabilin nga makanunayon.
Pinaagi sa pagsusi sa pelikula, nasubay sa mga siyentista ang paglihok sa tip sa wiper para sa unahan, magnetically generated stroke ug ang backward, elastic restoring stroke. Ilang nakaplagan nga ang magnetic stroke mikuha ug mas daghang luna kay sa elastic stroke sa tanang lain-laing mga sitwasyon, nga nagpakita nga ang magnetic stroke mas importante sa pagmugna sa dagan. Sa pagkatinuod, ang gisukod nga fluid flow alang sa taas nga viscosity fluid anaa sa unahan.
Bisan pa, sa ubos nga viscosity fluid ang pagkamaunat-unat nga beat mas paspas kay sa magnetic, ug kini nga sama sa latigo nga paglihok hinungdan sa atras nga agos. Nadiskobrehan nga ang metachronal motion nagtuis sa agos nga gihimo sa cilia sa duha ka likido, nga nagpasiugda sa antiplectic metachrony ug nakabalda sa symplectic metachrony.
Gipakita sa mga kaplag ang lainlain nga kontribusyon nga mahimo sa indibidwal ug grupo nga paglihok sa silt aron maporma ang agos. Kini nga impormasyon mahimong mapuslanon alang sa umaabot nga mga pagsulay sa paglakip sa sintetikong cilia ngadto sa gagmay nga microfluidic chips, sumala sa mga tigdukiduki. Gitagna usab nila nga ang mga sintetikong eyelashes mahimong mubu bisan sa kadako sa natural nga mga pilok, nga gitugotan ang mga pagtuon kung nagtrabaho ba sila aron makontrol ang likido nga mga palibot sa mga selula ug tisyu.
Tinubdan: physics aps org
📩 13/09/2023 09:12