Enkele van de meest exquise patronen van de natuur; bladeren rond de stengel van een plant, schubben op een dennenappel, en de staart van sommige virussen, bestaan ​​uit kleine objecten die een cilindrisch chassis met een specifiek patroon verfraaien. De geprefereerde bouwmethode van de natuur is door middel van zelfmontage, het proces waarin individuele componenten zich autonoom en spontaan organiseren in geordende structuren. Geïnspireerd door de natuur, wetenschappers van het Center for Soft and Living Matter, binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS, Zuid-Korea), vond de voorwaarden die nodig zijn voor het dynamisch bouwen van grote constructies van kleine objecten in rondgedraaide cilinders. Terwijl de natuur ons prachtige voorbeelden van patronen biedt, zoals DNA-strengen, het opnieuw creëren van dezelfde buisvormige structuren in het laboratorium was moeilijk, vooral als twee of meer soorten deeltjes samen worden gebruikt.

De onderzoekers bedachten een methode om verschillende deeltjes of de vorm van bellen in een cilinder samen te persen door gebruik te maken van de middelpuntzoekende kracht van een roterende vloeistof. Door deze kracht vloeistof met een hogere dichtheid wordt naar buiten geduwd, terwijl materiaal met een lagere dichtheid naar het midden wordt gedreven. Naarmate de dichtere (zwaardere) vloeistof roteert, de lichtere deeltjes in de cilinder rangschikken zich in een buisvormig samenstel. Eerdere buisconstructies zijn op een heel andere manier bestudeerd, zoals het stempelen van frames. Het creëren van buisvormige kristallen onder niet-evenwichtsomstandigheden van een roterend referentiekader is een conceptueel nieuwe poging tot zelfassemblage. Door deze methode te gebruiken, het is mogelijk om van twee soorten deeltjes buisvormige kristallen te maken, die nog niet eerder was gemaakt.

De eerste auteur, Lee Tae-hoon, een afgestudeerde student, zei, "Deze studie kan worden uitgebreid tot verschillende systemen, inclusief zachte entiteiten, zoals bellen of misschien zelfs levende cellen." Er wordt aangenomen dat dit werk zal bijdragen aan het creëren van verschillende vormen van microcomposieten waarin de deeltjes colloïdale afmetingen kunnen bereiken, waardoor deze structuren bruikbaar zijn in, bijvoorbeeld, fotonica toepassingen.

Het uitvoeren van dit soort experimenten heeft traditioneel te maken gehad met problemen veroorzaakt door zwaartekracht. Als de zwaartekracht aanwezig is, sedimentatie optreedt, die heeft geleid tot enig onderzoek naar het internationale ruimtestation waar de zwaartekracht uit de vergelijking is verwijderd. "Wat we hebben kunnen doen door roterende vloeistoffen te gebruiken, is om de zwaartekracht effectief uit te schakelen omdat we deze tegen de opwaartse kracht verslaan. Zwaartekracht is er altijd, maar we hebben een kracht geïntroduceerd die er precies bij past. In zekere zin, we in staat zijn om een ​​experiment op aarde te doen waarvoor normaal gesproken de ruimte nodig is, omstandigheden zonder zwaartekracht." legt Bartosz Grzybowski uit, die de studie leidde.

Nu de wetenschappers groepen deeltjes kunnen besturen met behulp van rotatie, ze zullen zich richten op het beheersen van individuele deeltjes. Het is mogelijk om een ​​enkel deeltje in een 3D-ruimte te verplaatsen met behulp van lasers (optisch pincet) of magneten (magnetische vallen), maar beide methoden vereisen omvangrijke faciliteiten. Bartosz Grzybowski legt uit:"Als je een deeltje wilt vangen en naar een gewenste locatie in 3D wilt verplaatsen, heb je meestal behoorlijk wat apparatuur nodig. Maar nu weten we hoe we kleine objecten kunnen manipuleren door vloeistofstromen in een roterend referentiekader , hoe deeltjes in 3D te manipuleren, en ze daadwerkelijk positioneren als met een pincet, hoewel we geen pincet hebben." Naast het bestuderen van de effecten op vaste deeltjes, hun bubbelvormstudies leiden tot experimenten op steeds kleinere eenheden; cellen. Het vermogen om zachtjes krachten uit te oefenen op zachte voorwerpen kan mogelijk leiden tot het beheersen van de functie van cellen terwijl deze cellen nog steeds in leven blijven.