Determinar cuándo un material se vuelve «vidrioso»

¿Está en fase líquida o en fase «vítrea»? Esta cuestión ha sido objeto de un intenso debate a medida que los físicos intentan comprender el comportamiento de la llamada «materia activa», un tipo de materia relativamente nuevo en el que las partículas utilizan un «pequeño motor interno» para moverse. Con una nueva nota – publicada en la revista. Cartas de revisión de física—Los investigadores de la Universidad de Washington ahora están resolviendo todos los resultados contradictorios al mismo tiempo, allanando el camino hacia una mejor comprensión del comportamiento celular en enfermedades como el asma y el cáncer.

Para muchos, la frase «etapas Tema«Inmediatamente desencadena pensamientos de gases, líquidos y sólidos, las fases más famosas de la materia. Entre la fase líquida y la sólida, encontrarás la fase vítrea, una fase que se comporta como un sólido, pero por dentro parece un liquido.

Esta imagen típica de las fases de la materia (gas, líquido, sólido o vidrio) considera a las partículas pasivas, lo que significa que se mueven solo debido a la energía térmica y las fuerzas que experimentan a través de interacciones con partículas vecinas.

En los últimos años, sin embargo, la materia activa, que consiste en moléculas que convierten la energía usando un «pequeño motor» en movimiento dirigido e implicando su continuo desequilibrio, ha recibido una atención digna de mención. Y la sustancia activa también tiene una fase vítrea.

visión de vidrio

“Se sabe desde hace años que la sustancia activa exhibe comportamientos vidriosos que pueden ser relevantes para ayudarnos a comprender la célula Conducta en asma, cicatrización de heridas y metástasis de cáncer ”, dice Lisbeth Janssen del Departamento de Física Aplicada y dirige el estudio.

Primer autor y doctorado. El investigador Vincent Dibbets también destaca esta aplicación: “Una de las aplicaciones más interesantes en este trabajo será para los humanos. células Que se comportan como células de vidrio en el asma y el cáncer. «

Sin embargo, en los últimos años, ha habido mucha controversia sobre el comportamiento vítreo del principio activo, y esto ha dado lugar a algunas controversias. “Algunos dicen que estos sistemas activos son más líquidos que el vidrio inerte, otros afirman que el sistema es vidrioso y otros dicen que el sistema se vuelve más líquido antes de volverse vidrioso eventualmente”, dice Janssen.

«Con este estudio, proporcionamos una explicación simple e inequívoca para aclarar la situación con respecto a todos estos hallazgos contradictorios», agrega Jansen.

La importancia de la longitud de la jaula

Todo se remonta a la relación entre los llamados Jaula La longitud, que es el tamaño típico de la jaula de una partícula en particular formada por las partículas vecinas que rodean la partícula (ver foto), y la longitud de persistencia, que es la distancia promedio que recorre una partícula antes de cambiar de dirección.

«Se puede pensar en la fase de vidrio como un gran grupo de tales jaulas, en las que cada partícula solo puede rotar en su propia jaula pero nunca escapar de ella», señala Dibbets.

«Cuando la longitud de persistencia es menor que la longitud de la jaula, las partículas energéticas pueden explorar su jaula en busca de una abertura. Si logran escapar, se comportan como

Partículas negativas en el líquido. Pero cuando la longitud de persistencia es mayor que la longitud de la jaula, las partículas ya no pueden despejar su jaula de manera eficiente y quedar atrapadas en la jaula. Como resultado, el sistema exhibe un comportamiento similar al vidrio en el que el sistema tiene propiedades como un sólido. «

descubrimiento

Y esta observación es el mayor avance. Jansen explica: «Esto explica todos los hallazgos previos aparentemente confusos en la literatura. Todos estos estudios se realizaron con diferentes valores de longitud de persistencia y, como tales, se realizaron a diferentes distancias con respecto a la longitud de la jaula».

La longitud de la jaula es un concepto físico muy importante y ya nos ha ayudado a comprender mejor por qué una sustancia pasiva se vuelve más sólida cuando pasa de líquido a vidrio.

Al condensar toda la dinámica del sistema hasta el principio simple de cómo la longitud de estabilización se compara con la longitud de la jaula, los investigadores reconciliaron diferentes propuestas de la literatura.

aplicaciones sanitarias

Para continuar con el estudio, los investigadores planean estudiar el efecto de la longitud de la jaula en vasos vivos activos en capas de células biológicas reales.

«En el trabajo futuro, estudiaremos cómo la física dicta el comportamiento celular. Quizás podamos modificar la longitud de la jaula y, por lo tanto, el comportamiento vítreo de las células cambiando sus formas. Esto, por ejemplo, puede hacer que sea más difícil para las células cancerosas separarse de el tumor primario y la diseminación en lugar de Es decir, al determinar directamente la longitud de la jaula a partir de las instantáneas de la capa celular, podemos predecir si está en líquido o en vítreo Escenario, lo que lleva a nuevos métodos de diagnóstico médico ”, dice Debett.

Esta nueva investigación arroja nueva luz sobre el comportamiento del material de vidrio activo.