นักฟิสิกส์ปกป้องความถูกต้องของสมการ Stokes-Einstein ในระบบสิ่งมีชีวิต

นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอาร์คันซอได้ปกป้องความถูกต้องของสมการ Stokes-Einstein ซึ่งเป็นหนึ่งในสมการที่มีชื่อเสียงที่สุดของ Albert Einstein เนื่องจากเกี่ยวข้องกับชีววิทยา งานวิจัยนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจการดื้อยาปฏิชีวนะและคุณสมบัติทางกลของเซลล์มะเร็งได้ดีขึ้น

14 กรกฎาคม 2022 มหาวิทยาลัยอาร์คันซอ

การทำงานกับโปรตีนในแบคทีเรียที่มีชีวิต Yong Wang ผู้ช่วยศาสตราจารย์จาก Fulbright College of Arts and Sciences ได้ทดสอบสมการอายุ 117 ปี ซึ่งเป็นหลักฐานยืนยันความเป็นจริงของอะตอมและโมเลกุล เขาพบว่าสมการที่มีชื่อเสียงยังคงใช้ได้สำหรับการอธิบายว่าโมเลกุลเคลื่อนที่ภายในแบคทีเรียได้อย่างไร

“ไซโตพลาสซึมของแบคทีเรียไม่ใช่ซุปธรรมดา” หวางกล่าว “การศึกษาของเราพบว่ามันอาจจะเหมือนสปาเก็ตตี้กับซอสมะเขือเทศและลูกชิ้นมากกว่า”

ไซโตพลาสซึมเป็นวัสดุที่หนาแน่นและซับซ้อนภายในแบคทีเรีย มีโมเลกุลทางชีววิทยาขนาดใหญ่ที่มีความเข้มข้นสูง รวมถึงโปรตีน คาร์โบไฮเดรตและเกลือนับล้าน ตลอดจนพอลิเมอร์และเส้นใยทุกชนิด เช่น DNA และ RNA

หวางพบว่าแม้ว่าสมการของไอน์สไตน์ดูเหมือนจะไม่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของโปรตีนภายในแบคทีเรียที่มีชีวิต แต่ก็ยังใช้ได้เมื่อพิจารณาถึงพอลิเมอร์และเส้นใยที่พันกันภายในแบคทีเรีย

ความสัมพันธ์ที่เรียกว่าไอน์สไตน์ หรือที่เรียกอีกอย่างว่าสมการสโตกส์-ไอน์สไตน์ เป็นหนึ่งในผลงานวิจัยที่สำคัญของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ใน “ปีแห่งปาฏิหาริย์” ของเขา ค.ศ. 1905 อธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคผ่านของเหลว สมการนี้ถูกกำหนดให้เป็นแบบจำลองสุ่ม สำหรับการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน หมายถึง อนุภาคเคลื่อนที่แบบสุ่มเนื่องจากการชนกับโมเลกุลโดยรอบ ที่สำคัญที่สุด ทฤษฎีนี้ให้หลักฐานเชิงประจักษ์เบื้องต้นเกี่ยวกับความเป็นจริงของอะตอมและโมเลกุล

อย่างไรก็ตาม ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ท้าทายความถูกต้องของทฤษฎีนี้ เนื่องจากมันใช้กับสิ่งที่อยู่ภายในเซลล์และแบคทีเรียที่มีชีวิต การศึกษาของ Wang ได้เพิ่มองค์ความรู้นี้ ซึ่งช่วยแก้ไขข้อขัดแย้งในปัจจุบัน

ที่สำคัญกว่านั้น เป็นพื้นฐานสำหรับการประเมินคุณสมบัติทางกลของเซลล์และแบคทีเรียตามความสัมพันธ์ของไอน์สไตน์ สิ่งนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจการดื้อยาปฏิชีวนะของจุลินทรีย์บางชนิดและคุณสมบัติทางกลของเซลล์มะเร็ง ซึ่งแตกต่างจากคุณสมบัติทางกลของเซลล์ปกติที่มีสุขภาพดี

ในการศึกษานี้ซึ่งตีพิมพ์ใน Physical Review Lettersนั้น Wang ได้ทำงานร่วมกับ Lin Oliver ศาสตราจารย์และหัวหน้าภาควิชาฟิสิกส์ และ Asmaa Sadoon นักศึกษาระดับปริญญาเอกในโครงการ microelectronics-photonics