MÜNCHEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Wissenschaftler der LMU München haben ein neues Konzept zur Musterbildung an Protein-Grenzflächen entwickelt. Diese Entdeckung könnte nicht nur das Verständnis biologischer Prozesse revolutionieren, sondern auch neue Möglichkeiten für die Gestaltung synthetischer Materialien eröffnen. Die Forscher nutzten chemische Reaktions-Diffusions-Flüsse, um effektive Grenzflächenspannungen zu erzeugen, die die Struktur von Netzwerken bestimmen.
In der Welt der Biophysik hat ein Forscherteam der LMU München eine bahnbrechende Theorie zur Musterbildung an Protein-Grenzflächen entwickelt. Diese Theorie basiert auf der Idee, dass Grenzflächenspannungen die Struktur eines Systems nahe des thermischen Gleichgewichts steuern, indem sie die Kontaktfläche zwischen zwei Phasen minimieren. In Flüssigkeiten führen solche Spannungen zur Bildung von Blasen und Schäumen. Doch in Reaktions-Diffusions-Systemen, in denen mechanische Interaktionen der Proteine fehlen, entstehen dennoch schaumartige Netzwerke, die als ‘Turing-Schäume’ bezeichnet werden.
Diese Turing-Schäume entstehen durch chemische Reaktions-Diffusions-Flüsse, die eine effektive Grenzflächenspannung erzeugen. Diese Spannung bestimmt die Struktur des Netzwerks und ermöglicht es, Gesetzmäßigkeiten für die Strukturbildung in solchen Systemen abzuleiten. Ein entscheidender Unterschied zu Schäumen in Flüssigkeiten ist, dass fern vom Gleichgewicht das Wachstum der mittleren Blasengröße stoppen kann und die Struktur auf einer endlichen Skala ‘einfriert’. Dadurch entsteht ein bleibendes Muster.
Henrik Weyer, der Erstautor der Studie, erklärt, dass dieses Verhalten in Experimenten mit dem bakteriellen Min-Protein-System beobachtet wurde. Dieses System steuert die symmetrische Zellteilung vieler Bakterien. Die von den Forschern abgeleiteten Gesetze bieten nicht nur Erklärungen für biologische Muster, sondern eröffnen auch neue Wege für die Gestaltung synthetischer aktiver Materie.
Professor Frey von der LMU fasst zusammen, dass sich aus unterschiedlichen mikroskopischen Mechanismen universelle Regeln für Vielteilchensysteme ableiten lassen. Diese Regeln könnten nicht nur biologische Muster erklären, sondern auch neue Möglichkeiten für die Gestaltung synthetischer Materialien eröffnen. Die Erkenntnisse könnten weitreichende Auswirkungen auf die Entwicklung neuer Technologien haben, die auf diesen Prinzipien basieren.
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