En viss typ av oljedroppar ändrar form när de kyls och krympt:från sfärisk genom icosaedrisk till platt sexkantig. Två konkurrerande teorier kunde inte helt förklara detta, men nu, ett fysiskt granskningsbrev av Ireth García-Aguilar och Luca Giomi löser mysteriet.

Det var en oavsiktlig upptäckt. Bulgariska forskare vid Sofia University studerade små oljiga droppar av alkaner i vatten, stabiliserad med tvålliknande ytaktiva molekyler. "Dessa liknar emulsionsdropparna i majonnäs, " säger Luca Giomi, "och dessutom de är inneslutna i ett fruset monolager av alkanmolekyler och ytaktiva ämnen."

När bulgarerna lekte med dem, de insåg att något speciellt var på gång. När temperaturen sänktes, dropparna skiftade från vanliga sfäriska former till udda, kristallliknande ikosaedriska former. Vid ännu lägre temperaturer, de förvandlades till fyrsidiga romber eller hexagoner, med växande tentakler i hörnen.

Ungefär samtidigt, en annan grupp vid Bar-Ilan University i Israel ledd av Eli Sloutskin, en medförfattare till detta brev, gjorde liknande observationer och insåg vidare att små droppar var mer benägna att ändra sin form jämfört med stora droppar.

Exotisk

"Det här är inspirerande, det är väldigt exotiskt och något du inte skulle förvänta dig, säger Giomi. Normalt, stora elastiska ark är disketterare och mer benägna att böjas än små ark. "Man kan verifiera detta genom att hålla ett pappersark på ena sidan:ett A4-ark kommer omedelbart att böjas av sin egen vikt, men ett mindre ark, ett sådant frimärke, kommer att förbli rak. Ju större arket är, ju högre vridmoment den upplever, desto lättare böjer det."

Gruppen vid Sofia universitet själv utvecklade en teori där ett speciellt tunt lager under det ytaktiva skiktet orsakar kanterna, "men senare, detaljerade mikroskopibilder av Sloutskins labb, såg inte ett sådant lager, säger Giomi.

För att förklara formtransformationerna såväl som det anomala storleksberoendet, Leiden fysiker var tvungna att inkludera fyra olika ingredienser i sin modell:ytspänning, allvar, defekter och spontan krökning. Det senare är en effekt av formen på molekyler som bildar det fasta lagret. När långa molekyler staplas som tändstickor i en låda, gränssnittet är platt, men när en av molekylernas ändar är fetare än den andra, det resulterande membranet kan ha en föredragen krökning.

Konstiga tentakler

Medan defekter och gravitation tenderar att böja dropparna, ytspänningen tenderar att återställa den sfäriska formen. Men, i närvaro av spontan krökning, denna effekt blir svagare när dropparna blir mindre, vilket gör små droppar benägna att fasetteras. Detta förklarar det mystiska beteendet, skriver forskarna i en artikel i Physical Review Letters.

En sak återstår att förklara, dock:de konstiga tentaklarna som utvecklas vid de lägsta temperaturerna. "Men vi har idéer, säger Giomi.

Denna typ av forskning är grundläggande och nyfikenhetsdriven, han lägger till. Dock, levande cellers beteende är alltid en inspiration. "Biologiska celler har en extraordinär förmåga att ändra sina former med olika omständigheter."

Ett av Giomis forskningsämnen är hur cancerceller lyckas dela av sin huvudtumör och migrera in i kroppen för att bilda dödliga metastaser. Giomi:"Cancerceller måste genomgå dramatiska formförändringar för att kunna göra det." Att förstå hur enkla objekt i mikronstorlek kan justera sin form självständigt kan vara avgörande för att dechiffrera dessa processer.