Onderzoekers van het Instituut voor Industriële Wetenschappen van de Universiteit van Tokyo bestudeerden een nieuwe methode voor het creëren van halfvaste colloïdale systemen met minder interne mechanische stress door de netwerkvorming te vertragen. Dit werk kan wetenschappers helpen biologische processen met betrekking tot cytoplasma beter te begrijpen.

Binnen de fysica van zachte materie, gels zijn een relatief bekend gezicht. Bepaalde deeltjessuspensies kunnen in een halfvaste stof worden veranderd wanneer deeltjes samenkomen om een ​​stijf netwerk te vormen. Denk aan Jell-O, waarin een soepele mix van gelatine-eiwitten een heerlijke, vrijstaand dessert. Gels spelen een belangrijke rol in de biologie, en kan betrokken zijn bij hoe cellen bewegen en reageren op veranderende externe omstandigheden.

Wetenschappers van de Universiteit van Tokyo bestudeerden het mechanisme waarmee deeltjes, genaamd colloïden, samenvoegen tijdens gelering. Men denkt dat de meeste gelnetwerken zich vormen voordat de dynamische beweging stopt, wat leidt tot ingebouwde mechanische spanning. Als de totstandkoming van de netwerken zou kunnen worden uitgesteld, ze zouden vrij van dergelijke stress kunnen worden gemaakt en stabieler kunnen worden.

"Een net onder mechanische spanning wordt uitgerekt en soms gebroken. Conventionele colloïdale gels lijden aan dergelijke stress, en daarom, zijn niet zo stabiel. Stressvrije gels zijn vrij van dit probleem, " legt eerste auteur Hideyo Tsurusawa uit.

Het team ontdekte dat netwerkvorming (percolatie) optreedt na de vorming van een mechanisch stabiele structuur en de beëindiging van de deeltjesbeweging voor een lagere concentratie colloïdale deeltjes in vergelijking met die waarbij traditionele gels worden gevormd. De onderzoekers gebruikten confocale microscopie en computersimulaties om zowel conventionele als stressvrije gelering beter te begrijpen. Systemen met fluorescerend gelabelde poly(methylmethacrylaat) colloïden konden worden gevolgd om te zien hoe lang het duurde voordat netwerken werden gevormd en de beweging van deeltjes werd gestopt.

De keuze tussen deze twee soorten gelering wordt bepaald door de grote en kleine relatie tussen de twee karakteristieke tijden, d.w.z., 'tijd totdat de mechanisch stabiele structuur is gevormd' en 'tijd tot percolatie'. Verder, wanneer de interactie tussen de deeltjes van korte afstand is, de grote en kleine relatie wordt uitsluitend bepaald door de volumefractie van het colloïde.

"We ontdekten dat colloïdale gelering universeel kan worden gegroepeerd in de twee typen. Deze universele classificatie van de gelering van deeltjessystemen zal naar verwachting een belangrijke bijdrage leveren aan het begrip van gelering op het gebied van zachte materie en biologie, " senior auteur Hajime Tanaka zegt. "Onze bevindingen kunnen worden toegepast op de ontwikkeling van nieuwe industriële processen die halfvaste producten creëren, inclusief levensmiddelen, efficiënter."