تحقیقات جدید نشان می‌دهد که اعمال میدان مغناطیسی به ویروس‌های میله‌ای‌شکل موجب می‌شود که آنها به‌طور خودبه‌خود دیسک‌هایی با شکل و اندازه قابل تنظیم تشکیل دهند.

به گزارش فیزیکس اوآرجی، این کشف می‌تواند در توسعه فرایند‌های خودساخت مصنوعی که قابل کنترل‌تر از روش‌های موجود هستند، مفید واقع شود. این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

هنگامی که یک بنا در حال ساختن خانه است، باید هر آجر را برداشته و آن را در جای خود سیمان کند. اما در بسیاری از فرایند‌های بیولوژیکی، "آجرها" به‌طور خودکار و خودبه‌خود در ساختار‌های خاصی چیده می‌شوند. به دلیل کارآیی و دقت بالای این فرایند‌های خودساخت، استفاده از آنها در زمینه‌هایی همچون نانوتکنولوژی و علم مواد رو به افزایش است.

با این حال، بر خلاف فرایند‌های خودساخت طبیعی که زمانی که ساختار به اندازه خاصی می‌رسد متوقف می‌شوند، فرایند‌های خودساخت مصنوعی معمولاً بدون توقف ادامه می‌یابند. به عنوان مثال، پوسته پروتئینی یک ویروس زمانی که به قطر خاصی برسد، رشد خود را متوقف می‌کند.

یاسوهیرو ایشیدا، محقق مرکز علم مواد نوظهور ریکن (RIKEN)، توضیح می‌دهد: "زیرا نمی‌توانیم اندازه ساختار‌ها را در فرایند‌های خودساخت مصنوعی کنترل کنیم، اندازه نهایی و توزیع شکل این ساختار‌ها معمولاً بسیار پراکنده است. "

ایشیدا علاقه‌مند است که بفهمد طبیعت چگونه اندازه در فرایند‌های خودساخت را کنترل می‌کند و سپس این روند را در آزمایشگاه شبیه‌سازی کند.

ایشیدا می‌گوید: "سوالی که داریم این است: چگونه طبیعت در سیستم‌های بسیار غیرقابل کنترل، اندازه و شکل ساختار‌ها را کنترل می‌کند؟ باید مکانیسمی وجود داشته باشد که به‌طور خودکار اندازه و شکل را حتی در شرایط تعادل کنترل کند. "

حالا تیم ایشیدا با استفاده از ویروس‌های میله‌ای‌شکل، سیستمی خودساختی را نشان داده است که در آن دیسک‌هایی تولید می‌شود که قطر آنها می‌تواند با اعمال میدان مغناطیسی کنترل شود. پیچش ناشی از میدان مغناطیسی از ویژگی‌ای به نام چیرالیتی استفاده می‌کند که بسیاری از سیستم‌های طبیعی برای محدود کردن اندازه ساختار‌ها از آن بهره می‌برند.

ویروس‌ها به دلیل ویژگی چیرالیتی، تمایل دارند که با پیچش جزئی در میان همسایگان خود جمع شوند. هنگامی که میدان مغناطیسی اعمال نمی‌شود، دیسک‌ها در حین فرآیند خودساخت پیچش جمع می‌کنند و همین باعث می‌شود که رشد آنها پس از رسیدن به اندازه خاصی متوقف شود.

اعمال میدان مغناطیسی در حین فرایند خودساخت، میزان پیچش بین ویروس‌های همسایه را کاهش می‌دهد که این امر به دیسک اجازه می‌دهد تا بزرگتر شود. تغییر شدت میدان مغناطیسی اندازه دیسک را به‌طور متناسب تغییر می‌دهد.

ایشیدا می‌گوید: "این فرایند از سیستم‌های طبیعی پیشی می‌گیرد، زیرا می‌تواند به‌طور انطباقی نقطه پایانی رشد خود را تغییر دهد. "

هنگامی که محققان پس از تشکیل دیسک‌ها، میدان مغناطیسی را خاموش کردند، دیسک‌ها به‌طور آرام شروع به باز شدن کردند و ساختار‌هایی به شکل مارپیچی تولید شدند. ایشیدا به یاد می‌آورد: "زمانی که دانشجویانم ویدئوی این باز شدن را به من نشان دادند، بسیار متعجب شدم. تماشای آن بسیار زیبا بود."

در نهایت هدف تیم ایشیدا این است که فراتر از طبیعت رفته و سیستم‌های نوآورانه خودساخت را توسعه دهند.

ایشیدا می‌گوید: "هدف نهایی ما این است که از خودساخت برای انجام کار‌هایی مانند جراحی‌های کوچک در داخل بدن استفاده کنیم."

انتهای پیام/