ENGINEERINGNET.BE- Levende cellen zitten vol met filamenten.
Deze draadvormige steigers houden een cel in vorm, duwen haar vooruit als ze beweegt en trekken haar uit elkaar als ze deelt, binnen een zacht membraan dat meebuigt en meestroomt.
De filamenten geven het membraan vorm, terwijl het membraan op zijn beurt de filamenten beperkt.
Natuurkundigen begrijpen de ene helft van die wisselwerking, vooral voor starre houders.
Pak genoeg staafvormige deeltjes in een vaste doos en ze schieten van een wanordelijke kluwen naar een nette uitlijning, net als lucifers die zich ordenen als je de doos schudt.
Wat er gebeurt als de wanden kunnen meebewegen, was echter nauwelijks onderzocht.
Het onderzoeksteam sloot daarom starre silicastaafjes van circa 4,5 micrometer lang op in lipideblaasjes met een diameter van 6-14 micrometer. Elk blaasje bevatte 10-100 staafjes.
Met confocale microscopie in twee kleuren konden ze de wand van het blaasje en elk staafje erin in drie dimensies reconstrueren, met inzet van computersimulaties.
Naarmate de staafjes dichter werden opeengepakt, doorliepen ze drie stadia: eerst een wanordelijke kluwen, dan uitlijning in één richting en tenslotte diezelfde uitlijning geordend in nette lagen. Een langgerekt blaasje liet de staafjes al bij lagere dichtheden uitlijnen dan een rond blaasje.
Ook het omgekeerde gold. Bij hoge pakking duwden de gelaagde staafjes terug op hun blaasje en bogen ronde blaasjes om tot platte, schijfvormige exemplaren, een vorm die extra energie kost.
Blaasjes gevuld met bolletjes deden dit niet, dus de nieuwe vormen kwamen van de staafjes. “De staafjes ordenen zich niet zomaar passief. De vorm van het blaasje bepaalt hoe ze gaan liggen, en de staafjes hervormen weer het blaasje”, zegt Hanumantha Rao Vutukuri van UTwente.
Dit alles is omkeerbaar. Door voorzichtig het volume van een blaasje of de oppervlakte van het membraan te veranderen, brachten de onderzoekers de staafjes tussen wanordelijke, uitgelijnde en gelaagde toestanden en het blaasje tussen ronde, langgerekte en schijfvormige vormen, en weer terug.
Datzelfde samenspel tussen filamenten en een zacht membraan speelt een rol als cellen kruipen, delen en materiaal opnemen. Het model geeft biologen zo een manier om die processen te bestuderen.
De bevindingen wijzen ook richting nieuwe materialen. Gelaagde staafstructuren worden normaal gevormd door een druppel te laten indrogen, wat mogelijke vormen beperkt.
Een buigzame houder biedt een mildere route en maakt vormen mogelijk die met een indrogende druppel niet ontstaan, zoals de platte, schijfvormige ordeningen uit dit onderzoek.
