Капельные поезда показывают, как природа управляет движением крови

Капельные поезда показывают, как природа управляет движением крови

Близкие к точке принятия решения карты онлайн-трафика рекомендуют менее загруженный маршрут по сравнению с другими маршрутами с несколькими медленными точками. Для большинства из нас выбор кажется очевидным. Тем не менее, вы когда-нибудь задумывались, может ли это коллективное предпочтение одного пути привести к новой пробке на выбранной дороге? Действительно, пробки на дорогах постоянно меняются, поскольку накопление предпочтений водителей в отношении «более быстрого пути» создает новые проблемы. Эти чередующиеся группы в системе называются колебаниями сети. От дорог до компьютерных кабельных маршрутизаторов и кровеносных сосудов наша жизнь сплетена в сетях сетей. Колебания — это повсеместный феномен сетей, которые характеризуются наборами узлов и путей выбора.

Близкие к точке принятия решения карты онлайн-трафика рекомендуют менее загруженный маршрут по сравнению с другими маршрутами с несколькими медленными точками. Для большинства из нас выбор кажется очевидным. Тем не менее, вы когда-нибудь задумывались, может ли это коллективное предпочтение одного пути привести к новой пробке на выбранной дороге? Действительно, пробки на дорогах постоянно меняются, поскольку накопление предпочтений водителей в отношении «более быстрого пути» создает новые проблемы. Эти чередующиеся группы в системе называются колебаниями сети. От дорог до компьютерных кабельных маршрутизаторов и кровеносных сосудов наша жизнь сплетена в сетях сетей. Колебания — это повсеместный феномен сетей, которые характеризуются наборами узлов и путей выбора.

Ученые из Центра мягкой и живой материи в Институте фундаментальных наук (IBS) в Южной Корее, в сотрудничестве с Польской академией наук (PAN), сообщают, что они обнаружили спонтанные колебания в микрофлюидных капельных сетях. Ученые успешно смоделировали сетевые каналы, похожие на наши кровеносные капилляры, самым простым способом, содержащим одну или две петли. Они также предполагают, что столкновение между клетками крови и неравномерность толщины могут ослабить колебания в биологических сетях. Это исследование может помочь нам понять возникновение и соответствующее поведение колебаний кровотока в микрососудистых сетях.

Микрофлюидика, признанная за свою способность обрабатывать образцы в изолированных каплях через микроканалы, является одной из наиболее перспективных областей для новых научных экспериментов и инноваций. Несмотря на такой потенциал, предыдущие микрофлюидные исследования ограничены простыми каналами, где таких колебаний не было бы. Ученые IBS разработали новую экспериментальную систему для исследования капельного трафика в сложных сетях. Микрофлюидные сети, состоящие из разных ветвей, каждая из которых имеет внутренние петли, имеют симметричную форму, так что каждая ветвь имеет равную вероятность выбора каплями.

В ходе эксперимента капли изначально равномерно распределялись в сети, как длинные цепи железнодорожных вагонов, движущихся через равные промежутки времени. (Рис. 1b). Со временем они постепенно объединяются в стаю, как будто забиваются на этой ветви, оставляя другую ветвь свободной. Это стекание периодически колеблется между двумя основными ветвями (рис. 1c-d). Доктор Ольгерд Цибульски, первый и соавтор этого исследования, сказал: «Мы доказали, что это колебание является устойчивым и самоподдерживающимся явлением в микрофлюидных сетях. Даже когда размеры и топология сети варьировались, спонтанные колебания были последовательно Это объясняет механизмы стойких колебаний в кровеносном капилляре, которые были открыты почти сто лет назад ».

Поразительно, это исследование демонстрирует, как это постоянное колебание регулируется природой. Крупномасштабные колебания в сосудистых сетях могут вызывать дисбаланс кровотока, что приводит к повышению артериального давления и лишению кислорода. Исследователи обнаружили, что добавление случайной величины в сеть с помощью компьютерного моделирования уменьшает перегрузку кровотока. Это говорит о том, что нарушения кровотока, такие как столкновения клеток или разновидности диаметра, помогают нам избежать опасных колебаний в микрососудистой сети.

«Это исследование раскрывает механизм микрофлюидных сетей, улучшая наше понимание кровяных капилляров» , — объяснил Бартош Гржибовски, руководитель группы центра IBS и соавтор исследования. «Изучая естественные явления, созданные человеком микрофлюидные системы предоставят новую платформу для разделения и объединения капель в будущем с использованием колебаний сети », — добавляет он.

Исследование опубликовано в журнале «Физика природы» .

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...