Een beslissingspunt nadert, online verkeerskaarten bevelen een minder drukke route aan boven de andere manieren met verschillende trage plekken. Voor de meesten van ons, de keuze lijkt duidelijk. Nog altijd, Heb je je ooit afgevraagd of dit collectief de voorkeur geven aan één pad kan leiden tot een nieuwe file langs de gekozen weg? Inderdaad, verkeersopstoppingen veranderen voortdurend omdat de opeenstapeling van voorkeuren van bestuurders voor het "snellere pad" nieuwe problemen creëert. Deze alternerende groepen in een systeem worden een netwerkoscillatie genoemd. Van wegen tot computerkabelrouters en bloedvaten, ons leven is verweven in netwerken van netwerken. Oscillatie is een alomtegenwoordig fenomeen van netwerken, die worden gekenmerkt door sets van knooppunten en paden om uit te kiezen.

Wetenschappers van het Centrum voor Zachte en Levende Materie, binnen het Institute for Basic Science (IBS) in Zuid-Korea, in samenwerking met de Poolse Academie van Wetenschappen (PAN), rapporteren dat ze spontane oscillaties ontdekten in microfluïdische druppelnetwerken. De wetenschappers hebben met succes netwerkkanalen gemodelleerd die lijken op onze bloedcapillairen op de eenvoudigste manier met een of twee lussen. Ze suggereren ook dat botsingen tussen bloedcellen en onregelmatigheid van dikte oscillaties in de biologische netwerken kunnen dempen. Deze studie kan ons helpen de opkomst en het bijbehorende gedrag van de oscillaties van de bloedstroom in microvasculaire netwerken te begrijpen.

Erkend voor zijn potentieel voor het verwerken van monsters in geïsoleerde druppeltjes via microkanalen, microfluïdica is een van de meest veelbelovende gebieden voor nieuwe wetenschappelijke experimenten en innovaties. Ondanks dat potentieel, eerdere microfluïdische studies zijn beperkt tot eenvoudige kanalen waar dergelijke oscillatie niet aanwezig zou zijn geweest. De IBS-wetenschappers hebben een nieuw experimenteel systeem ontworpen om druppelverkeer in ingewikkelde netwerken te onderzoeken. Bestaande uit verschillende takken elk met interne lussen, de microfluïdische netwerken hebben een symmetrische vorm, zodat elke tak een gelijke kans heeft om door druppeltjes te worden gekozen. (Afb, 1a)

In het experiment, druppeltjes verspreiden zich aanvankelijk gelijkmatig in het netwerk, net als lange kettingen van treinwagons die met regelmatige tussenpozen rijden. (Afb, 1b) Naarmate de tijd verstrijkt, ze organiseren zich langzaam in een kudde, alsof hij verstopt raakt op die tak terwijl de andere tak vrij blijft. Deze stroomden oscilleert periodiek tussen de twee hoofdtakken (Fig. 1c-d). Dr. Olgierd Cybulski, de eerste en co-corresponderende auteur van deze studie zei:"We hebben bewezen dat deze oscillatie een aanhoudend en zichzelf in stand houdend fenomeen is in microfluïdische netwerken. Zelfs wanneer de afmetingen en topologieën van een netwerk varieerden, de spontane oscillaties werden consequent gevonden. Dit verklaart de mechanismen van de aanhoudende oscillatie in bloedcapillairen, die bijna honderd jaar geleden werd ontdekt."

Opvallend, deze studie laat zien hoe deze aanhoudende oscillatie door de natuur wordt gereguleerd. Grootschalige oscillaties in vasculaire netwerken kunnen een onbalans in de bloedstroom veroorzaken, resulterend in hoge bloeddruk en zuurstofgebrek. De onderzoekers ontdekten dat het toevoegen van een willekeurige variabele aan een netwerk via computersimulatie de congestie van het bloedverkeer verlicht. Dit suggereert dat onregelmatigheden in de bloedstroom, zoals celbotsingen of diametervariaties, ons helpen gevaarlijke oscillaties in een microvasculair netwerk te voorkomen.

"Deze studie onthult het mechanisme van microfluïdische netwerken, het vergroten van ons begrip van bloedcapillairen, " legde Bartosz Grzybowski uit, een groepsleider van het IBS-centrum en co-corresponderende auteur van de studie. "Leren van de natuur, kunstmatige microfluïdische systemen zullen in de toekomst een nieuw platform bieden om druppels te splitsen en samen te voegen, met behulp van netwerkoscillaties, " hij voegt toe.

De studie is gepubliceerd in Natuurfysica .