Свойство мыла находить выход из лабиринта поможет раскрыть тайны человеческого тела

Схема, показывающая, как транспортная модель (2) реализована в лабиринте, имитирующем эксперимент, с указанием схемы нумерации ветвей. Топология лабиринта моделируется одномерной разветвлённой сетью (синий). Вдоль каждого края по результатам моделирования перемещаются фронты экзогенного поверхностно-активного вещества (красный).

Международная группа учёных обнаружила, что мыло может сыграть важную роль в понимании сложных систем человеческого организма, таких как лёгкие, и улучшить терапию таких заболеваний, как респираторный дистресс-синдром.

За последние несколько лет исследователи обнаружили, что поверхностно-активные вещества — молекулы, содержащиеся в мыле, — могут естественным образом находить путь через лабиринт по кратчайшему пути, практически не заходя в тупики. Этот эксперимент имитирует транспортные процессы, происходящие в сложных разветвлённых сетях, встречающихся в человеческом организме, например, в лёгких. Это может дать ключ к пониманию того, как жидкости, такие как определённые лекарства, перемещаются по этим сетям, что может помочь учёным-медикам найти новые и более эффективные методы лечения.

И вот учёные из Манчестерского университета совместно с коллегами из Франции и США опубликовали в журнале Physical Review Letters теорию, объясняющую это явление.

Доктор Ричард Макнейр, научный сотрудник кафедры математики Манчестерского университета, сказал: “Когда мы помещаем мыло в лабиринт, заполненный жидкостью, естественные поверхностно-активные вещества, уже присутствующие в жидкости, взаимодействуют, создавая своеобразную карту всего лабиринта, так что мыло может ‘‘интуитивно’’ найти правильный путь, игнорируя все другие не относящиеся к делу пути”.

“Такое поведение возможно благодаря очень хитрой физике, согласно которой два типа поверхностно-активных веществ создают силы натяжения, направляющие мыло к выходу”.

Исследователи использовали передовые математические модели и симуляции, чтобы воспроизвести то, как эти силы собирают информацию об общей форме и структуре лабиринта. Этот механизм может помочь учёным понять, как материалы перемещаются в ограниченном пространстве в сложных, разветвлённых средах.

Сурфактанты — это вещества, которые помогают жидкостям распространяться. Они естественным образом существуют в лёгких человека, и когда врачи лечат лёгочные заболевания, они иногда используют «экзогенные сурфактанты» (полученные из внешних источников), чтобы помочь лёгким работать лучше. Однако сурфактанты, уже содержащиеся в лёгких, могут мешать лечению, затрудняя перемещение сурфактанта по дыхательным путям туда, где он больше всего нужен.

Это исследование помогает учёным понять, почему терапия сурфактантом не всегда работает так, как ожидается, особенно при таких заболеваниях, как острый респираторный дистресс-синдром, который характеризуется высоким уровнем смертности, и может помочь разработать более эффективные методы лечения.