Определенный тип масляных капель меняет форму при охлаждении и сжатии: от сферической через икосаэдрическую до плоской гексагональной. Две конкурирующие теории не могли полностью объяснить это, но теперь Физическое обзорное письмо Ирет Гарсия-Агилар и Луки Джоми решает эту загадку.

Это было случайное открытие. Болгарские исследователи из Софийского университета изучали небольшие маслянистые капли алканов в воде, стабилизированные мыльными молекулами-поверхностно-активными веществами. "Они похожи на капельки эмульсии в майонезе, - говорит Лука Джоми, - и, кроме того, они заключены в замороженный монослой молекул алканов и поверхностно-активных веществ."

Когда болгары играли с ними, они поняли, что происходит что-то особенное. При понижении температуры капли меняли свою форму от обычной сферической до странной, похожей на кристалл икосаэдрической. При еще более низких температурах они превращались в четырехгранные ромбы или шестиугольники с растущими щупальцами по углам.

Примерно в то же время другая группа в Университете Бар-Илан в Израиле во главе с Эли Слоутскином, соавтором этого письма, сделала аналогичные наблюдения, и футер понял, что маленькие капли более склонны менять свою форму по сравнению с большими каплями.

"Это вдохновляет, это очень экзотично и то, чего вы не ожидали", - говорит Джоми. Обычно большие эластичные листы гибче и более склонны к изгибу, чем маленькие. "В этом можно убедиться, держа лист бумаги с одной стороны: лист формата А4 сразу же согнется под собственным весом, но лист поменьше, такой как почтовая марка, останется прямым. Чем больше лист, тем выше крутящий момент, который он испытывает, тем легче он сгибается."

Группа из Софийского университета сама выдвинула теорию, в которой специальный тонкий слой под слоем поверхностно-активных веществ вызывает края, "но позже, детальные микроскопические изображения лаборатории Слоутскина, не увидели такого слоя", - говорит Джоми.

Чтобы объяснить изменения формы, а также аномальную зависимость размеров, лейденским физикам пришлось включить в свою модель четыре различных компонента: поверхностное натяжение, гравитацию, дефекты и спонтанную кривизну. Последнее является следствием формы молекул, образующих твердый слой. Когда длинные молекулы сложены, как спички в коробке, поверхность раздела плоская, но когда один из концов молекулы толще другого, полученная мембрана может иметь предпочтительную кривизну.

В то время как дефекты и гравитация склонны сгибать капли, поверхностное натяжение имеет тенденцию восстанавливать сферическую форму. Но при наличии спонтанной кривизны этот эффект ослабевает по мере того, как капли становятся меньше, что делает мелкие капли склонными к огранке. Это объясняет загадочное поведение, пишут исследователи в статье в Physical Review Letters.

Однако остается объяснить одну вещь: странные щупальца, которые развиваются при самых низких температурах. -Но у нас есть идеи, - говорит Джоми.

Этот тип исследований является основополагающим и обусловленным любопытством, добавляет он. Однако поведение живых клеток всегда вдохновляет. - Биологические клетки обладают необычайной способностью менять свою форму при различных обстоятельствах."

Одна из тем исследований Джоми-это то, как раковые клетки умудряются отделяться от своей основной опухоли и мигрировать в организме, образуя смертельные метастазы. Джоми: "Раковые клетки должны претерпеть драматические изменения формы, чтобы сделать это". Понимание того, как простые объекты микронного размера могут автономно изменять свою форму, может иметь решающее значение для расшифровки этих процессов.

ИСТОЧНИК