Några av naturens mest utsökta mönster; blad runt en växts stjälk, fjäll på en kotte, och svansen av vissa virus, består av små föremål som dekorerar ett cylindriskt chassi med ett specifikt mönster. Naturens föredragna sätt att bygga är genom självmontering, den process där enskilda komponenter autonomt och spontant organiserar sig i ordnade strukturer. Med inspiration från naturen, forskare vid Centrum för mjuk och levande materia, inom Institutet för grundvetenskap (IBS, Sydkorea), fann de nödvändiga förutsättningarna för att dynamiskt bygga stora strukturer från små föremål i snurrade cylindrar. Medan naturen erbjuder oss vackra exempel på mönster, såsom DNA-strängar, att återskapa samma rörformade strukturer i laboratoriet har varit svårt, speciellt om två eller flera sorters partiklar används tillsammans.

Forskarna utarbetade en metod för att komprimera olika partiklar eller formen av bubblor i en cylinder genom att utnyttja centripetalkraften hos en roterande vätska. På grund av denna kraft, vätska med högre densitet trycks ut medan material med lägre densitet drivs till mitten. När den tätare (tyngre) vätskan roterar, de lättare partiklarna inuti cylindern anordnas i en rörformig enhet. Tidigare rörkonstruktioner har studerats på ett helt annat sätt, såsom stämplingsramar. Att skapa rörformiga kristaller under icke-jämviktsförhållanden med en roterande referensram är ett konceptuellt nytt försök till självmontering. Genom att använda denna metod, det är möjligt att göra rörformiga kristaller av två sorters partiklar, som inte gjorts tidigare.

Den första författaren, Lee Tae-hoon, en doktorand, sa, "Denna studie kan utökas till olika system, inklusive mjuka enheter, som bubblor eller kanske till och med levande celler." Man tror att detta arbete kommer att bidra till skapandet av olika former av mikrokompositer där partiklarna kan nå kolloidala dimensioner, göra dessa strukturer användbara i, till exempel, fotonikapplikationer.

Att genomföra den här typen av experiment har traditionellt behövt ta itu med problem orsakade av gravitation. När gravitationen är närvarande, sedimentation uppstår, vilket har lett en del forskning som utförts på den internationella rymdstationen där gravitationen tas bort från ekvationen. "Vad vi lyckades göra genom att använda roterande vätskor är att effektivt stänga av gravitationen eftersom vi slår den mot den flytande kraften. Gravitationen finns alltid där, men vi introducerade en kraft som exakt matchar den. På något vis, vi kan göra ett experiment på jorden som normalt skulle kräva yttre rymden, noll gravitationsförhållanden." förklarar Bartosz Grzybowski, som ledde studien.

Nu när forskarna kan kontrollera grupper av partiklar med hjälp av rotation, de kommer att fokusera på att kontrollera enskilda partiklar. Det är möjligt att flytta en enskild partikel i ett 3D-utrymme med hjälp av lasrar (optisk pincett) eller magneter (magnetiska fällor), men båda metoderna kräver skrymmande faciliteter. Bartosz Grzybowski förklarar:"Om du vill fånga en partikel och flytta den till en önskad plats i 3D kräver det vanligtvis ganska mycket utrustning. Men nu vet vi hur man manipulerar små föremål genom vätskeflöden i en roterande referensram , hur man manipulerar partiklar i 3D, och faktiskt placera dem som med en pincett, även om vi inte har någon pincett." Förutom att studera effekterna på fasta partiklar, deras bubbelformstudier leder till experiment på allt mindre enheter; celler. Förmågan att försiktigt applicera krafter på mjuka föremål kan potentiellt leda till att man kontrollerar cellernas funktion samtidigt som man håller dessa celler vid liv.