Vad gör att partiklar självmonteras till komplexa biologiska strukturer? Ofta, detta fenomen beror på konkurrensen mellan attraktionskrafter och avstötningskrafter, produceras av elektriska laddningar i olika delar av partiklarna. I naturen, dessa fenomen förekommer ofta i partiklar som är suspenderade i ett medium - kallat kolloidala partiklar - såsom proteiner, DNA och RNA. För att underlätta självmontering, det är möjligt att "dekorera" olika platser på ytan av sådana partiklar med olika laddningar, kallas plåster.

I en ny studie publicerad i EPJE , fysiker har utvecklat en algoritm för att simulera molekylära dynamiken hos dessa fläckiga partiklar. Resultaten publicerade av Silvano Ferrari och kollegor från TU Wien och Center for Computational Materials Science (CMS), Österrike, kommer att förbättra vår förståelse för vad som gör självmontering i biologiska system möjlig.

I den här studien, författarnas modell laddade fläckiga partiklar, som består av en stel kropp med endast två laddade lappar, belägen vid motstående poler. De utvecklar sedan ekvationerna som styr dynamiken i en ensemble av sådana kolloidala fläckiga partiklar.

Baserat på en befintlig metod som ursprungligen utvecklades för molekylära partiklar, deras simulering innehåller ytterligare begränsningar för att garantera att den elektriska laddningens "dekorationer" bevaras över tiden. I detta avseende, de utvecklar ekvationer för att beskriva partiklarnas rörelse; lösningarna på dessa ekvationer beskriver banorna för dessa kolloidala partiklar. Sådana molekylära dynamiksimuleringar låter sig köras parallellt på ett stort antal partiklar.

Med dessa fynd, författarna kompletterar lärdomarna från experimentella observationer av liknande partiklar som nyligen syntetiserades i labbet. Nyligen genomförda experiment har visat att kolloidala partiklar dekorerade på två interaktionsställen uppvisar en anmärkningsvärd benägenhet att självorganisera till mycket ovanliga strukturer som förblir stabila över ett brett temperaturintervall.