普林斯顿大学莫莉·夏拉赫著 普林斯顿的研究人员开发了一种新的方法来检查、预测和设计多液相之间的相互作用
该方法使用图论来跟踪哪些相相互接触
在这些模拟中，四个阶段由彩色点表示；线条显示哪些相接触
时间以任意单位表示
受相的相对体积和表面能的控制，小液滴随着时间的推移会变成大液滴
信用:研究人员的视频；保险杠德杰苏斯的GIF 虽然经典熔岩灯中令人着迷的斑点可能看起来很神奇，但彩色的形状会随着温度引起的密度和表面张力的变化而变化
这一过程被称为液-液相分离，对活细胞的许多功能至关重要，并在制造药品和化妆品等产品中发挥作用
现在，普林斯顿大学的研究人员已经克服了在研究和工程相分离方面的主要挑战
他们的系统，在11月发表的一篇论文中报道
19在《物理评论快报》中，允许设计和控制具有多相的复杂混合物，例如令人想起俄罗斯套娃的嵌套结构，这对于药物合成和输送等应用特别有意义
研究人员说，他们的系统为研究人员提供了一种新的方法来检查、预测和设计多液相之间的相互作用，包括具有任意数量分离相的混合物的排列
相的排列基于表面能的最小化，表面能捕获相界面处分子之间的相互作用能
这倾向于最大化具有低表面张力的两相之间的接触面积，并且最小化或消除具有高表面张力的相之间的接触
新方法使用图论的数学工具来跟踪混合物中哪些相相互接触
当表面能已知时，该方法可以预测混合物中相的最终排列，并且还可以用于逆向工程混合物的性质，产生期望的结构
“如果你告诉我们你有哪些相位，表面张力是多少，我们就能告诉你相位是如何安排的
我们也可以反过来做——如果你知道你想要如何安排相位，我们可以告诉你需要什么样的表面张力，”资深作者、机械和航空航天工程助理教授安德烈·科斯姆尔吉(AndreJ Komrlj)说
“这种方法非常普遍，我们认为它将对许多不同的领域产生影响，”从细胞生物学和药物到三维打印和碳封存技术，科斯姆尔吉说
普林斯顿的研究人员开发了一种新的方法来检查、预测和设计多液相之间的相互作用
该方法使用图论来跟踪哪些相相互接触
在这些模拟中，四个阶段由彩色点表示；线条显示哪些相接触
时间以任意单位表示
受相的相对体积和表面能的控制，小液滴随着时间的推移会变成大液滴
信用:生茂等
；保险杠德杰苏斯的GIF 这项工作始于米莲娜·查克拉韦蒂-伍尔特温的初级论文，他是普林斯顿2020届的物理集中者
她和生茂一起工作，当时他是科斯姆尔杰团队的博士后研究员，在之前探索相分离混合物的研究基础上继续工作
这项工作开发了一个计算框架，用于预测分离相的数量及其组成，但没有系统地研究相的实际排列
查克拉韦蒂-伍尔特温开始画多组分混合物的例子，每一相用不同的颜色表示
她说，有一段时间，她觉得自己像是在“兜圈子”，但后来“后退了一步，思考了使这些形态中的一种与另一种不同的显著特征”
我想出了这样一个想法，那就是相位相互接触的边缘
这就是使用图表的想法的诞生，“其中每一个阶段都用一个彩色的点来表示，点之间的线表示混合物中哪些阶段相互接触
“这是我们需要的火花，因为一旦你可以用图形来表示它，那么就很容易为不同的相位排列列举所有的可能性，”科斯姆尔吉说
查克拉韦蒂-伍尔特温是这篇论文的合著者，毛现在是中国北京大学的助理教授
合著者亨特·高迪奥(Hunter Gaudio)是维拉诺瓦大学(Villanova U niversity)2020年的毕业生，作为普林斯顿大学本科生复杂材料研究经验中心(Princeton Center for complemental materials ' s Research Experience for本科生项目)的参与者，他在2019年夏天帮助运行模拟，以产生四个阶段的所有不同安排。
“通常情况下，液体喜欢形成简单的液滴，而不是其他什么东西
瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)的柔软和活体材料教授埃里克·杜弗兰(Eric Dufresne)没有参与这项研究，他说:“根据这一理论，人们可以将水滴编程为自发组织成链状、层叠状或嵌套状，就像俄罗斯玩偶一样。”
“这可能有助于控制复杂的化学反应序列，就像在活细胞中发现的那样
下一个挑战将是开发实验方法，以实现理论规定的相互作用
" 科斯姆尔吉是普林斯顿大学探索液-液相分离的各个方面和应用的一群教师中的一员，这是普林斯顿复杂材料中心在美国国家科学基金会的支持下最近成立的跨学科研究小组的一个主要研究重点
在液体环境中，随着时间的推移，小液滴有变成大液滴的趋势——这一过程称为粗化
然而，在活细胞和工业过程中，希望获得特定尺寸的结构
科斯姆尔吉说，他的团队未来的工作将考虑如何控制粗化，以获得具有目标小规模结构的混合物
另一个悬而未决的问题是多组分混合物是如何在生命系统中形成的，其中活跃的生物过程和材料的基本物理都是促成因素
查克拉韦蒂-伍尔特温，谁将开始博士学位
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芝加哥大学2021年的生物物理科学项目表示，看到“我提出的这个想法的核心最终成为一个有价值的东西，可以扩展成一个更广泛适用的工具，这是令人欣慰的
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