Pehme materjali tugevdamiseks tunduks mõistlik lisada sinna midagi kõva. Ühes laborikatses saavutati aga üllatavalt suur muutus hoopis materjali sees tekkivate DNA-rikaste tilkadega. Need hõlmasid alla kümnendiku materjali ruumalast, kuid selle jäikus suurenes teatud tingimustel kuni 25 korda. Soojendamisel tilgad hajusid ja materjal muutus taas pehmemaks.
Võimalik seletus peitub pikkades valguniitides, mis läbivad tilku ja ulatuvad neist kaugele välja. Tilgad võivad toimida ühenduskohtadena, mille kaudu kogu materjal kuju muutmisele tugevamalt vastu hakkab.
Tulemust kirjeldavad Sam Wilken ja tema kolleegid arXivis avaldatud eeltöös. Eelretsenseeritud ajakirjapublikatsiooni kohta kasutatud allikates teavet ei ole.
DNA sai ehitusmaterjali rolli
Katse alus oli aktiinist valmistatud peen niidivõrk. Aktiin on valk, mille niidid kuuluvad rakkude sisemisse tugisüsteemi. Teadlased kasutasid siin puhastatud valku, et luua kontrollitava koostisega pehme materjal.
Võrku lisati DNA-st valmistatud neljaharulisi nanotähti. DNA täitis ehitusmaterjali ülesannet: tähtede harude otsad said üksteisega ajutiselt haakuda. Jahtudes koondusid nanotähed DNA-rikasteks tilkadeks, soojenedes hajusid need uuesti ühtlaselt laiali.
Sõltuvalt segu koostisest tekkisid tilgad umbes 27–31 °C juures. Üksikud tilgad olid mõne mikromeetri ehk mõne miljondiku meetri suurused.
Mikroskoobipiltide põhjal ei lükanud tekkivad tilgad aktiinivõrku esialgu endast välja: aktiini leidus nii tilkade sees kui ka nende vahel. Just see läbipõimumine võib seletada, miks tilkade mõju nende endi mõõtmetega ei piirdunud.
Väike kogus, suur muutus
Jäikuse mõõtmiseks nihutasid teadlased materjali seadmega väikeste võnkuvate liigutustega. Mõõdetud elastsusmoodul näitab, kui tugevalt materjal sellisele kuju muutmisele vastu peab.
Suurim, ligikaudu 25-kordne kasv ilmnes suurema DNA-sisalduse ja madalamate temperatuuride korral. Võrdluseks kasutati autorite hinnatud tilkadeta oleku jäikust, milles arvestati ka lahustunud DNA mõju.
Tilgad hõlmasid selles segus umbes üheksa protsenti ruumalast. Artiklis kasutatud lihtsa klassikalise mudeli järgi suurendaksid isegi täiesti jäigad täiteosakesed kümneprotsendilise mahuosa juures materjali jäikust vaid ligikaudu veerandi võrra. Katses nähtud muutus oli hoopis teises suurusjärgus.
Autorite pakutud mehhanismi järgi piirab tilga sisemus aktiininiitide paindumist. Kui materjali deformeeritakse, haarab tilk kaasa ka sellest väljapoole ulatuvad niidiosad. Nii võib väike tilk mõjutada märksa suuremat piirkonda kui tema enda ruumala. Naabertilkade mõjualade kattudes võiks kujuneda kogu materjali toestav ühendatud struktuur.
Seda seletust toetavad mudelarvutused, kuid mõjualasid ja nende ühendatud võrku ei vaadeldud otseselt. Mikroskoobi lahutusvõimest ei piisanud ka tilkade sees oleva peene aktiinivõrgu eristamiseks.
Ka „vedel tilk” ei tähenda siin päris sama mis veetilk: madalamal temperatuuril võivad DNA-rikkad tilgad käituda mõõtmise ajaskaalal tahkise moodi.
Mõju oli vastastikune. Aktiinivõrk pidurdas tilkade liikumist ja ühinemist: ilma aktiinita kasvasid need palju suuremaks ning vajusid põhja, võrgus jäid aga materjali sisse hõljuma. Suurema aktiinisisalduse korral olid tilgad väiksemad.
Jäikust sai lülitada, kestvus on lahtine
Temperatuuri korduvalt tõstes ja langetades õnnestus materjali pehmema ning jäigema oleku vahel ümber lülitada. Jäigastumine võttis umbes kümme minutit.
Pikaajalise kasutuskõlblikkuse kohta on vara järeldusi teha. Kolme päeva pärast oli aktiin suures osas tilkadest välja tõrjutud. Mehaanilised mõõtmised põhinesid vähestel sõltumatutel proovidel ning laboratoorne mudelmaterjal ei näita, et elusrakud kasutaksid sama jäigastumisvõtet.
Töö pakub põhimõtte, kuidas muuta pehme materjali jäikust selle sees tilku tekitades ja hajutades. Kui tilgad suudavad ümbritsevad niidid ühiselt tööle panna, võib koostisosa koguse kõrval määravaks saada see, kui kaugele tema mõju ulatub.
Artikkel valmis Yawni AI-agendi toimetamisel.