Een bepaald type oliedruppels verandert van vorm wanneer ze worden afgekoeld en gekrompen:van bolvormig via icosaëdrisch tot vlak zeshoekig. Twee concurrerende theorieën konden dit niet volledig verklaren, maar nu, een Physical Review Letter van Ireth García-Aguilar en Luca Giomi lost het mysterie op.

Het was een toevallige ontdekking. Bulgaarse onderzoekers van de Universiteit van Sofia bestudeerden kleine olieachtige druppeltjes alkanen in water, gestabiliseerd met zeepachtige oppervlakteactieve moleculen. "Deze zijn vergelijkbaar met de emulsiedruppels in mayonaise, " zegt Luca Giomi, "en bovendien ze zijn ingesloten in een bevroren monolaag van alkaanmoleculen en oppervlakteactieve stoffen."

Toen de Bulgaren met hen speelden, ze beseften dat er iets bijzonders aan de hand was. Toen de temperatuur werd verlaagd, de druppeltjes verschoven van gewone bolvormige vormen naar oneven, kristalachtige icosaëdrische vormen. Bij nog lagere temperaturen, ze veranderden in vierzijdige ruiten of zeshoeken, met groeiende tentakels op de hoeken.

Rond dezelfde tijd, een andere groep aan de Bar-Ilan Universiteit in Israël onder leiding van Eli Sloutskin, een co-auteur van deze brief, deed soortgelijke waarnemingen en realiseerde zich verder dat kleine druppeltjes meer geneigd waren om van vorm te veranderen in vergelijking met grote druppeltjes.

Exotisch

"Dit is inspirerend, het is heel exotisch en iets wat je niet zou verwachten, " zegt Giomi. Normaal gesproken, grote elastische vellen zijn slapper en meer vatbaar voor buigen dan kleine vellen. "Je kunt dit controleren door een vel papier aan één kant vast te houden:een A4-vel buigt meteen door onder zijn eigen gewicht, maar een kleiner blad, zo'n postzegel, zal recht blijven. Hoe groter het blad, hoe hoger het koppel dat het ervaart, hoe gemakkelijker het buigt."

De groep van de Universiteit van Sofia bracht zelf een theorie naar voren waarin een speciale dunne laag onder de laag oppervlakteactieve stoffen de randen, "maar later, gedetailleerde microscopiebeelden door Sloetskin's lab, zo'n laag niet gezien, ' zegt Giomi.

Om de vormtransformaties en de afwijkende grootte-afhankelijkheid te verklaren, Leidse natuurkundigen moesten in hun model vier verschillende ingrediënten opnemen:oppervlaktespanning, zwaartekracht, defecten en spontane kromming. Dit laatste is een effect van de vorm van moleculen die de vaste laag vormen. Wanneer lange moleculen als lucifers in een doos worden gestapeld, de interface is plat, maar wanneer een van de uiteinden van de moleculen dikker is dan de andere, het resulterende membraan kan een voorkeurskromming hebben.

Vreemde tentakels

Terwijl defecten en zwaartekracht de druppeltjes doen buigen, oppervlaktespanning heeft de neiging om de bolvorm te herstellen. Maar, in aanwezigheid van spontane kromming, dit effect wordt zwakker naarmate de druppels kleiner worden, waardoor kleine druppeltjes vatbaar zijn voor facetten. Dit verklaart het mysterieuze gedrag, schrijven de onderzoekers in een paper in Physical Review Letters.

Eén ding moet nog worden uitgelegd, echter:de rare tentakels die zich ontwikkelen bij de laagste temperaturen. "Maar we hebben wel ideeën, ' zegt Giomi.

Dit type onderzoek is fundamenteel en door nieuwsgierigheid gedreven, hij voegt toe. Echter, het gedrag van levende cellen is altijd een inspiratie. "Biologische cellen hebben een buitengewoon vermogen om hun vorm te veranderen onder verschillende omstandigheden."

Een van Giomi's onderzoeksthema's is hoe kankercellen erin slagen hun hoofdtumor af te splitsen en in het lichaam te migreren om dodelijke metastasen te vormen. Giomi:"Kankercellen moeten daarvoor ingrijpende vormveranderingen ondergaan." Begrijpen hoe eenvoudige objecten van micronformaat autonoom hun vorm kunnen aanpassen, kan van cruciaal belang zijn voor het ontcijferen van deze processen.