Крысы лаборатории, наблюдайте спину. Ученые нашли способ заставить простые капельки нефти провести сложные лабиринты с тем же умением как лабораторные грызуны. Трансгрессия могла помочь исследователям создать лучшие способы решить другие подобные лабиринту проблемы от выкорчевывания рака в органе к картографированию путей через пробки.Физический химик Бартош Грзыбовский из Северо-Западного университета в Эванстоне, Иллинойс и коллегах натолкнулся на капельки при попытке создать новые методы лечения рака.
Ученые развили множество способов получить лекарства от рака в орган – включая наночастицы и липосомы – но все лицо то же препятствие: трудно провести лабиринт органа судов и тканей, чтобы искать и разрушить скрытые раковые образования.Таким образом, бригада Грзыбовского сделала много кремниевых лабиринтов примерно 6,5 квадратными сантиметрами в размере.
Для создания условий для движения исследователи заполнили лабиринты щелочным раствором гидроксида калия. Бегуны лабиринта, размещенные во вход лабиринтов, были капельками шириной в миллиметр или нефтяного масла или органического растворимого дихлорметана, оба загруженные с разбавленной кислотой и красной краской. «Приз», помещенный в выход каждого лабиринта, был глыбой агарозного геля, впитался соляная кислота. «Мы хотели дать [капельки] что-то вроде проблемы и видеть, могли ли бы они сделать, больше, чем просто входят в прямую линию», говорит Грзыбовский.Этот пункт требует программного расширения Вспышки (версия 8 или выше).
JavaScript нужно также позволить в Вашем браузере.Загрузите последнюю версию свободного программного расширения Вспышки.Потянувший вперед. Наблюдайте, что капелька проводит кремниевый лабиринт.
Istvan Lagzi, Бартош Грзыбовский, и др., JACSВ течение приблизительно одной минуты, каждая капелька нашла свой путь до конца лабиринта.
Причина, которую они перемещают в правильном направлении, имеет отношение к основной химии. Кислота от очень кислого геля медленно просачивается в раствор гидроксида калия, заполняющий лабиринт, создавая градиент: Раствор около выхода становится более кислым, тогда как раствор около входа остается более основным. Этот основной раствор взаимодействует с кислой капелькой, заставляя часть капельки, стоящей перед выходом становиться более кислой, чем часть капельки, отворачивающейся от выхода. Неравенство увеличивает поверхностное натяжение стороны капельки, стоящей перед выходом – и именно это различие в поверхностном натяжении между двумя сторонами капельки продвигает его к выходу лабиринта.
Капельки нефтяного масла всегда находили самые короткие пути через лабиринт. «Мы можем назвать их chemo-крысами», говорит Грзыбовский. Капельки, сделанные из дихлорметана, путешествовали на более быстрых скоростях – возможно, потому что кислота была выпущена на их поверхности при более высоком уровне – и таким образом иногда поворачивала на неправильные пути, но они всегда возвращались быстро к лучшим путям, бригада сообщает онлайн 11 января в Журнале американского Химического Общества.Таким образом, как все это касается терапии рака?
Грзыбовский отмечает, что раковые образования являются более кислыми, чем остальная часть органа, таким образом – как капельки лабиринта – можно было потенциально проектировать транспортные средства препарата для следования за кислотно-основным градиентом к раковым клеткам.Работа могла даже иметь последствия вне медицины.
Грзыбовский говорит, что в некоторых случаях, когда его бригада одновременно ввела две капельки в лабиринты, они почти никогда не стояли на пути на их выходе. «Вы можете предположить проектировать системы, которые могли бы иметь некоторый интерес для дорожных людей, расследующих городскую навигацию», отмечает он. Химик Джон Поджмен из Университета штата Луизиана в Батон-Руже добавляет, что такие мобильные капельки «могли бы быть полезны как насосный механизм для microfluidics, преобразовав химическую энергию в механическое движение в маленьких устройствах», такие как микрожидкие лаборатории на чипе много исследователей развиваются как диагностические машины.Компьютеры и математика могли также извлечь выгоду. Навигация лабиринта может попасть в класс проблем, известных как NP-complete, «который компьютерам приходится, удивительно нелегко решая, поскольку усилие решить их повышается по экспоненте с масштабом проблемы», говорит химик Ирв Эпштейн из Университета Брандейса в Уолтхэме, Массачусетс. «Вид подхода, показанного здесь с этими лабиринтами, мог бы быть очень эффективным подходом для рассмотрения этой проблемы».
Можно было бы тогда хотеть более сложные разновидности, отмечает он. «Возможно, более сложные виды градиентов, лабиринтов с многократными выходами, и настраивающий это не только в двух размерах, но и три».