Kunstmatige microzwemmers hebben de afgelopen jaren veel aandacht gekregen. Door microben na te bootsen die hun omringende energie omzetten in zwembewegingen, deze deeltjes zouden binnenkort voor veel belangrijke toepassingen kunnen worden benut. Maar voordat dit kan gebeuren, onderzoekers moeten methoden ontwikkelen om de trajecten van individuele microzwemmers in complexe omgevingen beter te controleren. In een nieuwe studie gepubliceerd in EPJ E , Shubhadeep Mandal aan het Indian Institute of Technology Guwahati (India), en Marco Mazza van het Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organisation in Göttingen (Duitsland) en Loughborough University (VK), laten zien hoe deze controle kan worden bereikt met behulp van exotische materialen die 'nematic liquid crystals' (LC's) worden genoemd - waarvan de viscositeit en elasticiteit kunnen variëren afhankelijk van de richting van een uitgeoefende kracht.

De ontdekkingen van het duo zouden het toekomstige gebruik van vrachtdragende microzwemmers in delicate medische procedures kunnen informeren:inclusief het afleveren van medicijnen, ziekte monitoring, en niet-invasieve chirurgie. Door het gebruik van biocompatibele nematische LC's, deze technieken kunnen gemakkelijk en veilig worden geïntegreerd in de lichamen van patiënten. Typisch, microzwemmers stuwen zichzelf voort door de vloeistof om hen heen te duwen of te trekken. Tot dusver, deze bewegingen zijn niet uitgebreid bestudeerd in minder conventionele vloeistoffen zoals nematische LC's - die ordelijke kristalstructuren hebben, maar kan ook stromen als vloeistoffen.

Mandal en Mazza bestudeerden dit scenario met behulp van 'multiparticle collision dynamics'-algoritmen, die beschrijven hoe de atomaire structuren van nematische LC's in de loop van de tijd variëren. Gecombineerd met simulaties van sferische microzwemmers, met de algoritmen konden ze onderzoeken hoe de richtingsafhankelijke viscositeiten en elasticiteiten van nematische LC's de snelheden en oriëntaties van sferische microzwemmers kunnen beïnvloeden. Eerdere studies toonden aan dat hun bewegingen sterk verschillen van die in conventionele vloeistoffen; met microzwemmers die niet-willekeurige trajecten volgen om hun elastische energie te minimaliseren. Mandal en Mazza laten nu ook zien dat de snelheid van een microzwemmer varieert afhankelijk van of hij de omringende vloeistof duwt of trekt; en wordt ook langzamer wanneer het met een sterkere kracht duwt. Het duo hoopt nu dat hun simulatietechnieken gemakkelijk kunnen worden uitgebreid om de dynamiek van meerdere microzwemmers te modelleren.