חם ממעבדת מוסל: מודל התנפחות-התכווצות בג'לים שנחשפו לריכוזים גדולים של מלחים חזקים

מודל מתמטי מתאר את שינויי הנפח שנגרמים כתוצאה מתחרות של יונים בג'לים העשויים מפולימרים בעלי מטען חשמלי. ג'ל הוא צורה נפוצה של חומר רך, המגיב לשינויים בתנאי הסביבה באופן הפיך. זה הופך את הג׳לים לחומרים שיכולים ליצר פונקציה במגוון שימושים. לדוגמה, ג'לים שמתנפחים או מתכווצים בתגובה לגירויים חיצוניים נמצאים בשימוש נרחב בתרופות מבוקרות. שינוי נפח כתוצאה משינוי בריכוזי יונים הוא מצב שכיח שממלא תפקיד חיוני גם בתהליכים ביולוגיים שונים. לדוגמא, סידור מולקולת DNA בגרעין התא, הפרשת ריר כמנגנון הגנה מפתוגנים, ובקרה על זרימת המים בצמחים. הבנת האינטראקציות המולקולריות המורכבות בין הרכיבים השונים — פולימרים טעונים, יונים ומים — היא משמעותית אך מורכבת מבחינה חישובית. העבודה הנוכחית אימצה מודל רב-רכיבי שמקורו בעבודות מן המאה הקודמת. בפרט, אהרון קצ'לסקי תרם רבות בפיתוח הגישה הנוכחית. תצפיות מאשרות בצורה כמותית את תחזית המודל שבמקרים מסויימים ג'לים שנחשפים למלחים חזקים (כגון סידן כלורי) אינם מתכווצים מיד. במקום זאת, הג'ל מתנפח וסופח כמות גדולה של מלח ורק בהמשך המים נדחסים החוצה. השימוש באלמנטים אוניברסליים כדי לתאר את ההתנהגות המשולבת של פולימרים, מלחים ומים יכולה לספק מסגרת מתימטיקת חזקה ושימושית להבנה, שליטה ותמרון ג׳לים בפונקציות ביולוגיות כמו גם במערכות מהונדסות. מידע נוסף ניתן למצוא כאן.