Математики: обычное мыло в воде может находить путь из лабиринта
Международная группа ученых обнаружила, что мыло может сыграть важную роль в понимании сложных систем человеческого тела, а кроме того помочь в лечении некоторых заболеваний. Дело в том, что поверхностно-активные вещества (ПАВ), содержащиеся в мыле, естественным образом находят кратчайший путь через лабиринт, лишь слегка проникая в тупики.
Это открытие, хотя и кажется необычным, имитирует транспортные процессы в сложных разветвленных сетях внутри человеческого тела, таких как легкие. Это может стать ключом к пониманию того, как жидкости, например, лекарства, перемещаются через эти сети. Результаты исследования ученые из Манчестерского университета опубликовали в Physical Review Letters.
Доктор Ричард Макнейр, научный сотрудник факультета математики Манчестерского университета, пояснил: «Когда мы помещаем мыло в жидкость, заполнившую лабиринт, ПАВ взаимодействуют между собой и средой. Это поведение обусловлено очень тонким, но мощным физическим механизмом: два типа поверхностно-активных веществ создают силы натяжения, которые направляют мыло к выходу».
Используя передовые математические модели и симуляции, ученые воссоздали, как ПАВы перемещаются в замкнутых пространствах сложных разветвленных сред.
«Хотя в эксперименте использовались молоко и мыло, принципы, задействованные здесь, применимы к другим системам, включая дыхательные пути легких и микрофлюидные устройства. Наши открытия могут иметь значение для улучшения медицинских методов лечения», — говорит профессор Оливер Дженсен.
Поверхностно-активные вещества, среди прочего, помогают жидкостям растекаться. Природные ПАВы главным образом присутствуют в легких человека. Когда врачи лечат легочные заболевания, иногда вводят «экзогенные поверхностно-активные вещества», чтобы помочь легким функционировать лучше. Однако уже присутствующие в легких поверхностно-активные вещества могут мешать лечению, особенно при таких заболеваниях, как острый респираторный дистресс-синдром.
Доктор Макнейр: «Но применение этого исследования на этом не заканчивается. Результаты могут применяться во многихе других системах, в том числе микрофлюидных, где транспортируются химические вещества через сложные сети».
Микрофлюидные системы — современная технология, позволяющая работать с очень малыми объемами жидкостей (от 0,01 мл), кристаллическими и полимерными частицами, клетками животного, растительного, бактериального происхождения, пузырьками и каплями с возможностью наблюдать за ними, манипулировать ими и контролировать процессы, протекающие с ними.
Авторы уже разработали предварительные модели распространения поверхностно-активных веществ живых легких.
