L’estudi detallat del flux d’un líquid a través d’una canonada mostra que el contacte entre el líquid i la paret immòbil es fa dins d’una fina capa que recobreix la canonada. Aquest és un exemple de les anomenades capes límits que apareixen sempre que dos materials entren en contacte. Una capa similar apareix dins de les bateries, on les càrregues elèctriques s’organitzen d’una forma especial a prop dels elèctrodes sòlids que alimenten el nostre vehicle o el nostre mòbil. En aquest cas, diem que la capa límit està polaritzada per la presència d’un excés de càrregues elèctriques positives o negatives.
En un estudi liderat per Jordi Ignés i Francesc Sagués de l’IN2UB (SOC&SAM)i de la Facultat de Química juntament amb investigadors del Laboratori Gulliver, (CNRS, França), s’ha demostrat que la capa límit formada per un fluid actiu sobre les parets que el confinen també es polaritza espontàniament, però no amb càrregues elèctriques sinó amb els anomenats defectes topològics.
Els fluids actius es caracteritzen perquè llurs components s’auto-propulsen mitjançant energia acumulada o extreta de l’ambient. Si mirem al cel un vespre de tardor podrem veure la dinàmica dels estols d’ocells, que en són un exemple paradigmàtic. Dins nostre, els moviments que hi ha en l’interior cel·lular en són un altre exemple. De fet, el nostre fluid actiu és una suspensió de proteïnes extretes del citoplasma cel·lular, unes de filamentoses i unes altres que fan que els filaments es desplacin consumint ATP, el combustible cel·lular. Tot i que la forma òptima d’empaquetar aquests filaments seria estant ben alineats, llur activitat ho impedeix, donant lloc a uns plegaments similars als que veiem en les línies de les nostres empremtes dactilars, anomenats defectes topològics. Normalment aquests defectes apareixen en parelles de càrregues oposades que es troben en la mateixa proporció.
Confinant aquest biomaterial en micro-canals construïts mitjançant impressió 3D d’ultra-alta resolució, hem posat de manifest que la capa límit formada sobre les parets pel flux actiu té una prevalença de defectes d’un únic tipus, de forma anàloga amb les càrregues sobre la superfície dels elèctrodes en una bateria. «En aquest cas, però, diem que la capa límit està topològicament polaritzada per l’acumulació de defectes del material actiu», apunta Jordi Ignés. «Aquest descobriment obre les portes a establir noves estratègies per controlar els fluxos espontanis de materials actius a la micro-escala, i per comprendre millor com funcionen els mecanismes de transport cel·lular», conclou Ignés.
Referència de l’article
J. Hardoüin, C. Doré, J. Laurent, T. Lopez-Leon, J. Ignés-Mullol i F. Sagués. «Active boundary layers in confined active nematics». Nature Communications. Doi: https://doi.org/10.1038/s41467-022-34336-z