科学者はこれまで、生物学的組織、ポリマー、さまざまな鉱物、スポンジなどの多孔質材料を通過する粒子の動きを分析するために、近似または限られた視点に頼らなければなりませんでした。 新しい研究では、さまざまな設定で刺激的な機会を提示する新しい手法が提供されています。
科学者たちは ブリストル大学 透過性材料を介した拡散運動を初めて正確にモデル化できることを示す新しい数式を発見しました。 この方程式は、世界のトップ物理学者のうちの XNUMX 人によって導出された最初の拡散方程式から XNUMX 世紀後のものです。 アルバート·アインシュタイン そしてマリアン・フォン・スモルコウスキー。 これは、微細な粒子、生物、人工デバイスなど、さまざまなエンティティの動きを表現する上での大きな進歩を表しています。
筆頭著者の Toby Kay は、博士号を取得しています。 工学数学の博士は、次のように述べています。 「これは、アインシュタインとスモルコウスキーの拡散に関する研究以来の基本的な前進であり、細胞成分や地質化合物から環境生息地まで、あらゆる規模の複雑な媒体を介して拡散するエンティティのモデリングに革命をもたらします。
「以前は、透過性バリアとして知られる、動きを妨げる物体が散在する環境を通過する動きを表現する数学的試みは制限されていました。 この問題を解決することにより、動物、細胞生物、および人間が日常的に透過性バリアに遭遇するため、さまざまな分野でエキサイティングな進歩への道が開かれています。」
新しい方程式を見つけるために、科学者はランダムな動きを微視的に表現する必要がありました。 その後、ズームアウトしてプロセスを巨視的に説明します。
科学者によると、この数学的ツールを実験的なアプリケーションに適用するには、さらなる研究が必要です。
彼らは、 「たとえば、生物組織を通る水分子の拡散を正確にモデル化できると、拡散強調の解釈が進歩します。 MRI検査 (磁気共鳴イメージング) 測定値。 また、空気の拡散をより正確に表現することもできます 食品包装 貯蔵寿命と汚染リスクを判断するのに役立ちます。 さらに、フェンスや道路などの巨視的な障壁と相互作用する採餌動物の行動を定量化することで、保全目的での気候変動の影響をより適切に予測できる可能性があります。」
ブリストル大学の複雑性科学の准教授であるルカ・ジュッジョリ博士は、主任著者であり、 と: 「この新しい基本方程式は、空間が異質である場合、つまり、根底にある環境が場所ごとに変化する場合に、拡散を表すツールと技術を構築することの重要性を示すもう XNUMX つの例です。」
「この最新の発見は、すべての形状と形態における運動の理解を向上させるための重要な一歩であり、まとめて運動の数学と呼ばれています。これには、多くのエキサイティングな潜在的なアプリケーションがあります。」
ジャーナルリファレンス：
- トビー・ケイとルカ・ジュッジョリ。 透過性インターフェースを介した拡散: 基本方程式とその初回通過およびローカル時間統計への適用。 物理的レビュー研究.
