I åratal, forskare har sökt efter arbetsprinciperna för självmontering som kan bygga en cell (en komplex biologisk organism) samt en kristall (ett mycket enklare oorganiskt material) på samma sätt.

Nu, ett team av forskare i Turkiet har visat de grundläggande principerna för en universell självmonteringsprocess som verkar på en rad olika material – från några få atomer-stora kvantprickar upp till nästan 100 biljoner atomer-stora mänskliga celler. Deras metod framhävs i Naturfysik .

"För att initiera självmontering, antingen tvingar du systemet att leverera ett specifikt resultat, eller så använder du dess inre dynamik till din fördel för universella resultat. Vi följde det andra tillvägagångssättet, " säger Dr Serim Ilday vid Bilkent University-UNAM, som leder studien.

Forskarna visade inte bara självmontering av enkla såväl som komplexa strukturer som är mer än fyra storleksordningar olika i storlek och massa. De möts alla efter en sigmoidfunktion, även känd som S-kurvan. Nyfiket, de observerade också att de individuella avvikelserna från S-kurvorna följer statistiken för Tracy-Widom-fördelningen, som visar sig i olika social, ekonomisk, och fysiska system.

"Serim och jag var på ett matematikseminarium, där vi först såg just denna distribution. Serim tittade på mig och sa:'det är allt; vi måste söka efter det, "och det gjorde vi." säger Dr. F. Ömer Ilday vid Bilkent University-UNAM, Fysik, och elektro- och elektronikteknik, medförfattare till tidningen. Seminariet hölls av Dr. Gökhan Yıldırım, från Bilkent University-Mathematics, en annan medförfattare, vem säger, "Efter seminariet, de närmade sig mig, idén var fascinerande, och vi började arbeta på det direkt." Dr. Ghaith Makey, tidningens första författare, lägger till, "Det som motiverar oss nuförtiden är att förutsäga och studera nya exempel på system i Tracy-Widom universalitet, och förstå varför det manifesterar sig i väldigt många olika system."

Teamet visade vidare hur deras metod kan vara användbar för praktiska tillämpningar. "Möjligheterna är oändliga. Till exempel, en okänd infektion upptäcks på sjukhusets ICU. Istället för att vänta i timmar eller dagar för att identifiera den skyldige patogenen, inom några minuter, du kan ta ett prov, lägg till läkemedelskandidat, se om de sätter stopp för infektionen." säger Dr. E. Doruk Engin från Ankara University-Biotechnology Institute. "Det var otroligt att se hur lätt levande organismer kunde manipuleras inom några sekunder, " säger Dr. Özgür Şahin vid Bilkent University-Molecular Biology and Genetics, och även vid University of South Carolina. Dr. Hilmi Volkan Demir från Bilkent University-UNAM, Fysik, och elektro- och elektronikteknik och även av NTU Singapore, en medförfattare till tidningen, tillägger "en sådan omedelbar kontroll över liten snabb kvantmateria är på många sätt bortom den nuvarande teknikens kapacitet. Det kan ha en verklig inverkan på nanoteknik."

Forskare betonar att detta inte på något sätt är slutet på historien, att självmonteringsforskning har en lång och tuff väg framför sig när det gäller att upptäcka och praktisera moder naturs principer. Dr Serim Ilday tillägger, "Möjliga praktiska användningsområden åt sidan, vår metod är ett utmärkt verktyg för att utforska fysiken om hur drivna system utvecklas långt ifrån jämvikt. Detta inkluderar epidemier; faktiskt, vår preliminära analys av COVID-19-data tyder på att dess fluktuationer kan följa Tracy-Widom-statistiken precis som vårt system. "Dr F. Ömer Ilday tillägger, "Mer intressant, vår analytiska modell passar COVID-data bättre än S-kurvan. Att se alla dessa, vi bestämde oss för att omedelbart undersöka pandemins fysik."