Konstgjorda mikrosimmare har fått stor uppmärksamhet de senaste åren. Genom att efterlikna mikrober som omvandlar sin omgivande energi till simrörelser, dessa partiklar kan snart utnyttjas för många viktiga tillämpningar. Men innan detta kan hända, forskare måste utveckla metoder för att bättre kontrollera enskilda mikrosimmares banor i komplexa miljöer. I en ny studie publicerad i EPJ E , Shubhadeep Mandal vid Indian Institute of Technology Guwahati (Indien), och Marco Mazza vid Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organisation i Göttingen (Tyskland) och Loughborough University (UK), visa hur denna kontroll kan uppnås med hjälp av exotiska material som kallas "nematic flytande kristaller" (LCs) - vars viskositet och elasticitet kan variera beroende på riktningen av en applicerad kraft.

Duons upptäckter kan informera om den framtida användningen av lastbärande mikrosimmare i känsliga medicinska procedurer:inklusive läkemedelstillförsel, sjukdomsövervakning, och icke-invasiv kirurgi. Genom användning av biokompatibla nematiska LC, dessa tekniker kan enkelt och säkert integreras med patienternas kroppar. Vanligtvis, mikrosimmare driver sig själva framåt genom att antingen trycka eller dra i vätskan som omger dem. Än så länge, dessa rörelser har inte studerats i stor omfattning i mindre konventionella vätskor som nematiska LC:er – som har ordnade kristallstrukturer, men kan också flyta som vätskor.

Mandal och Mazza studerade detta scenario med hjälp av "multipartikelkollisionsdynamik"-algoritmer, som beskriver hur de atomära strukturerna hos nematiska LC:er varierar över tiden. Kombinerat med simuleringar av sfäriska mikrosimmare, algoritmerna gjorde det möjligt för dem att undersöka hur de riktningsberoende viskositeterna och elasticiteterna hos nematiska LCs kan påverka hastigheterna och orienteringarna för sfäriska mikrosimmare. Tidigare studier visade att deras rörelser skiljer sig starkt från de som finns i konventionella vätskor; med mikrosimmare som följer icke-slumpmässiga banor för att minimera deras elastiska energi. Mandal och Mazza visar nu också att en mikrosimmares hastighet kommer att variera beroende på om den trycker eller drar den omgivande vätskan; och blir också långsammare när den trycker med en starkare kraft. Duon hoppas nu att deras simuleringstekniker lätt kan utökas för att modellera dynamiken hos flera mikrosimmare.