Avvicinandosi a un punto di decisione, le mappe del traffico online consigliano un percorso meno affollato rispetto alle altre direzioni con diversi punti lenti. Per la maggior parte di noi, la scelta sembra chiara. Ancora, vi siete mai chiesti se questo preferire collettivamente un unico percorso possa comportare un nuovo ingorgo lungo la strada scelta? Infatti, le congestioni del traffico cambiano costantemente poiché l'accumulo di preferenze dei conducenti per il "percorso più veloce" crea nuovi problemi. Questi gruppi alternati in un sistema sono chiamati oscillazioni di rete. Dalle strade ai router per cavi del computer e ai vasi sanguigni, la nostra vita è tessuta in reti di reti. L'oscillazione è un fenomeno onnipresente di reti, che sono caratterizzati da insiemi di nodi e percorsi da scegliere.

Scienziati del Center for Soft and Living Matter, all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) in Corea del Sud, in collaborazione con l'Accademia polacca delle scienze (PAN), riferiscono di aver scoperto oscillazioni spontanee nelle reti di goccioline microfluidici. Gli scienziati hanno modellato con successo canali di rete simili ai nostri capillari sanguigni nel modo più semplice che contengono uno o due anelli. Suggeriscono anche che la collisione tra le cellule del sangue e l'irregolarità dello spessore possono smorzare le oscillazioni nelle reti biologiche. Questo studio può aiutarci a comprendere l'emergenza e il corrispondente comportamento delle oscillazioni del flusso sanguigno nelle reti microvascolari.

Riconosciuto per il suo potenziale per l'elaborazione di campioni in goccioline isolate attraverso micro-canali, la microfluidica è uno dei campi più promettenti per nuovi esperimenti e innovazioni scientifiche. Nonostante tale potenziale, precedenti studi microfluidici sono limitati a semplici canali dove tale oscillazione non sarebbe stata presente. Gli scienziati dell'IBS hanno progettato un nuovo sistema sperimentale per studiare il traffico di goccioline in reti complesse. Composto da diversi rami ciascuno con anelli interni, le reti microfluidiche sono di forma simmetrica in modo che ogni ramo abbia uguale probabilità di essere scelto dalle goccioline. (Fig, 1a)

Nell'esperimento, le goccioline inizialmente si diffondono uniformemente nella rete, proprio come lunghe catene di vagoni ferroviari che si muovono a intervalli regolari. (Fig, 1b) Col passare del tempo, si organizzano lentamente in un gregge, come se si fosse intasato su quel ramo lasciando libero l'altro ramo. Questo floccaggio oscilla periodicamente tra i due rami principali (Fig. 1c-d). Dott. Olgierd Cybulski, il primo e co-autore corrispondente di questo studio ha detto, "Abbiamo dimostrato che questa oscillazione è un fenomeno persistente e autosufficiente nelle reti microfluidiche. Anche quando le dimensioni e le topologie di una rete variavano, le oscillazioni spontanee sono state costantemente trovate. Questo spiega i meccanismi dell'oscillazione persistente nei capillari sanguigni, che è stato scoperto quasi cento anni fa."

Sorprendentemente, questo studio dimostra come questa oscillazione persistente sia regolata dalla natura. Oscillazioni su larga scala nelle reti vascolari possono causare uno squilibrio del flusso sanguigno, con conseguente ipertensione e privazione di ossigeno. I ricercatori hanno scoperto che l'aggiunta di una variabile casuale a una rete tramite la simulazione al computer riduce la congestione del traffico sanguigno. Ciò suggerisce che le irregolarità del flusso sanguigno come collisioni cellulari o varietà di diametro ci aiutano a evitare oscillazioni pericolose in una rete microvascolare.

"Questo studio rivela il meccanismo delle reti microfluidiche, migliorare la nostra comprensione sui capillari sanguigni, " ha spiegato Bartosz Grzybowski, un capogruppo del centro IBS e co-autore corrispondente dello studio. "Imparare dalla natura, i sistemi microfluidici artificiali forniranno una nuova piattaforma per dividere e unire le goccioline in futuro, usando oscillazioni di rete, " Aggiunge.

Lo studio è pubblicato su Fisica della natura .