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三維中的化學物圖案結構

2011/02/27 | | 標籤:

Irving Epstein及其布蘭代斯大學(Brandeis University:位於麻薩諸塞州沃爾瑟姆市)的共同研究人員業已證實,於二維中呈現圖案(patterns)的化學物機制,於三維中也起作用。

圖片取自原文網址

於1952年由Alan Turing所提出,該機制仰仗了激活反應之緩慢擴散化學物與抑制反應之快速擴散化學物間的競逐。這使得該反應擴散體系形成一種產生穩定之線條、點及循環性圖案的亞穩態(metastable state)。

Turing的分析及其後續的實驗性論證是適合二維體系的。雖然,諸多電腦模擬顯示該機制於三維中也起作用。不過,於實驗室中加以證實是具挑戰性的。因為額外的空間維數,使得人們不易瞭解居間物(medium)內部的圖案。

為了應付上述挑戰,該布蘭代斯大學的團隊使用了光學斷層攝影術(optical tomography),來觀看被嵌於油中的水滴居間物。Turing的模型通常不適用於此類異成分的居間物。不過,藉由使用表面活性劑來塗層此些水滴,該團隊確保了緩慢擴散的激活物及快速擴散的抑制物,以保持圖案結構的速度滲入及滲出。為了監視此體系,該團隊在拍攝一連串2D影像的攝影機前面,旋轉石英的圓柱形反應容器。該體系於不同初始條件下的斷層攝影重組,揭露了包括如原文圖示的迷宮般蠕蟲結構。

圖援用自原文

Epstein預期,Epstein模型的3D版可以解釋某些生物模樣的形成,諸如希臘神話中的九頭蛇(Hydra),在任一顆頭被斬後,藉以再生的過程。

原文網址:http://blogs.physicstoday.org/update/2011/02/pattern-formation-in-three-dim.html
翻譯:peregrine|本文轉載自PEREGRINE科學點滴


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