基础科学研究所 (上)声控时空模式
用于声控时空模式生成的实验装置示意图
对于模式生成实验，使用对O2敏感的甲基紫精(MV2+/MV+*)氧化还原对(左)或对CO2敏感的酸碱度指示剂溴百里酚蓝(BTB)
(中间)在不同条件下生成的模式
应用40赫兹(左)和80赫兹(中)声音在培养皿中产生的模式
用40赫兹的方形瓷盘产生的图案(右)
(底部)声音控制的特定酸碱度域和时空模式
在40赫兹的声音下，将一个酸碱度指示器(BTB)放在一个暴露在二氧化碳中的培养皿中，在图形生成过程中随时间的变化
BTB模式中特定酸碱度时空域的共存(中)
信用:IBS 阿尔伯特·爱因斯坦曾经说过:“我用音乐来看待我的生活
“也许是受到他的话的启发，韩国基础科学研究所自我组装和复杂性中心的科学家们现在看到了音乐中的化学反应
IBS研究小组报告说，声音可以通过不断向空气和溶液之间的界面提供能量来控制溶液中的化学反应
声音控制的空气-液体化学相互作用在溶液的表面和主体上“画”出了有趣而美观的图案
“哈梅林的吹笛者讲述了一个神话故事，一个吹笛者用他神奇的笛子发出的音乐引诱老鼠离开哈梅林
“随着音乐像燃料一样在化学中进行这种艺术控制，我们的研究表明，即使是合成分子也可以表现出类似生命的行为——听和跟着音乐走，”博士说
该研究的第一作者和相应作者拉胡尔·戴夫·穆科帕德亚伊
音乐(或频率范围为20至20，000赫兹的可听声音)事实上在各种领域中找到了有用的应用，例如促进植物栽培或牲畜饲养，甚至用于治疗目的
超声波(大于20，000赫兹)长期以来一直被用作医学诊断的重要工具
然而，由于其能量低，可听声音很少与化学反应联系在一起
以前的研究通常只关注它对水面运动的影响
在这项研究中，肠易激综合征研究小组走得更远
他们假设声音产生的水波可能会促进空气和液体之间的化学反应
“事实上，气候变化研究的一个方面是关于海洋中的二氧化碳浓度如何随着海浪的运动而变化
回想起来，波浪状的海洋比静止的海洋更适合吸收二氧化碳，这是有道理的
我们的研究揭示了声音作为控制化学反应的来源的功能，这种反应发生在我们周围，但直到现在才被注意到
这项研究的第一作者和第二作者黄一哈
甲基紫精氧化还原对在40 Hz下产生图案
视频播放速度比实时快20倍
信用:IBS 在他们的实验装置中，水被放在皮氏培养皿上，放在扬声器的顶部
当声音通过扬声器播放时，会产生不同的表面波模式——这取决于可听声源的频率和振幅以及船只的几何形状
为了了解这种振动的空气-水界面如何控制大气气体如氧气或二氧化碳在水中的溶解，研究人员使用了对O2敏感的甲基紫精(MV2+/MV+)氧化还原对和对CO2敏感的pH指示剂溴百里酚蓝(BTB)
有机分子甲基紫精通常是无色或白色的，但是在化学还原时变成深蓝色
当培养皿中还原甲基紫精的蓝色溶液暴露在空气中并伴有声音播放时，溶液的一些区域慢慢变成无色
声波产生流体的振荡，促进流动效果，并且由于大气氧的逐渐溶解，溶液经历了明显的可观察的颜色变化
那些不受流式传输影响的人保留了他们的蓝色
在没有声音的情况下，氧气不受控制的溶解和化学物质在溶液中的自然对流导致了随机的模式，每次重复相同的实验，这种模式都是不同的
然而，当相同的解决方案暴露于低于90赫兹的低频声音时，产生了非常有趣和美观的图案
更具体地说，在40 Hz的声音中，两个反向旋转的漩涡以蓝白对比出现
在随后的循环中，相同的模式在相同的条件下重复
实验表明与氧发生反应，这决定了溶液是无色还是蓝色
换句话说，通过将声音应用到溶液中，研究人员可以控制组成同一溶液的不同区域中氧气的局部分子浓度
就像表面波一样，这些模式根据所施加声音的频率以及盘子的形状而变化
这些模式也显示了自我修复的行为，我
e
，它们在被手动干扰后恢复其原始模式结构
根据频率变化在模式之间动态交换
视频播放速度比实时快10倍
信用:IBS 这一概念进一步扩展到使用酸碱度指示剂溶解二氧化碳气体(溴百里酚蓝，BTB)
BTB在碱性条件下呈蓝色(酸碱度超过7
6)，在中性条件下呈绿色(pH 6
0到7
6)，在酸性条件下呈黄色(pH6以下
0)
二氧化碳在水中的声辅助溶解由于碳酸的形成而变成酸性
因此，当一种蓝色的BTB碱性溶液暴露在二氧化碳中时，溶液逐渐变成绿色，最终变成黄色
在此过程中，如果溶液暴露在可听见的声音中，会产生具有两个涡流的三色图案
有趣的是，该模式代表了溶液中酸性、中性和碱性域的共存
“我们的研究设想了一种化学环境，它被分割成不同的分子环境，没有任何物理屏障，类似于细胞微环境
这是一个新的发现，可能会取代溶液的酸碱度在整个容器中是一致的这一常识
黄星京
将这一概念扩展到简单分子之外，研究人员利用他们的策略对溶液中有机分子的组织进行编程
在所有情况下，声音产生的有机聚集模式都是暂时获得的，并且仅在化学燃料稳定供应的情况下维持，化学燃料可以是还原剂或碱
这种类型的行为通常由细胞内生化过程表现出来，这些过程由稳定的燃料供应或能量流维持，如腺苷-5’-三磷酸(ATP)或鸟苷-5’-三磷酸(GTP)
教授
监督整个研究的IBS自组装和复杂性中心主任Kimoon Kim补充说，“这是第一项表明使用可听声音控制和可视化化学反应是可能的研究
在不久的将来，我们可能会进一步将可听声的使用范围从化学扩大到其他领域，如物理、流体力学、化学工程和生物学
"
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