Tilkadest saab moodustada korrastatud mikrostruktuure

Poola teadlased on näidanud, et veetilgad võivad suuremate õlitilkade sees üllatavaid struktuure moodustada. Nähtuse rakendustena nähakse ravimine transporti inimeses ja bioloogiliste kudede loomisel.

Kolloid on see, kui  suure diameetriga osakesed (1nm kuni 1mikromeeter) on pihustatud lahustisse. Teisalt on kolloidosakesed on nii väikesed, et valgusmikroskoobiga neid ei näe ning kolloidid näivad homogeense, st ühtlase süsteemina. Samas on nad jällegi piisavalt suured, et valgust hajutada. Näiteks on piima valge värvus põhjustatud just valguse hajumisest kolloidosakestel. Ka udu on olemuselt kolloid, samuti veel paljud toiduained.

Teadlased on aastaid tegelenud tahkete kolloidosakestega ning uurinud, kuidas need üksteise külge kleepudes moodustavad spontaanselt korrastatud struktuure. Sellised süsteemid on iseorganiseeruvad, st eksperimentides ei ole võimalik kontrollida, milliseid struktuure kolloidosakesed moodustavad.

Guzowski ja Garstecki Poola Teaduste Akadeemia Füüsikalise Keemia Instituudist tegid asju veidi teistmoodi. Nad täitsid 150mikromeetrise diameetriga toru õlitaolist seguga ning pihustasid siis sinna siniseks värvitud vett. Vesi jagunes kiiresti toru jämedusteks tilkadeks. Toru teisest otsast väljusid suuremad õli tilgad, kus igas tilgas oli 3-8 sinist veetilka.

On loomulik oletada, et veetilgad moodustavad konfiguratsioone, mis on madalaima võimaliku energiaga, st kogunevad võimalikult tihedaks kobaraks. Uurijate üllatuseks selgus, et veetilgad moodustasid ka struktuure, mis ei ole kompaktsed (vt pilte).

Nähtuse põhjuseks on ilmselt õlitilga poolt vee tilkadele avaldatav rõhk, mis pressib need “loperguseks”, nii et neil on raske end tihedaks kobaraks korrastada, st süsteemil tekivad metastabiilsed olekud. Uurijad muutsid veetilkade arvu õlitilgas ning nende poolt hõivatud õlitilga ruumala ja leidsid, et sel teel on võimalik struktuuride moodustumist kontrollida.

Ei ole üldsegi välistatud, et sellised mitmekihilised tilgad leiavad edaspidi kasutust biotehnoloogias. Miks mitte ka fotoonikas – korrastatud struktuurid on valguse kiirgamisel ja juhtimisel hoopis paljulubavamad, kui korrapäratud.

Allikad:

http://physics.aps.org/articles/v8/42

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.188302