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球体放在“香肠”里最节省空间


模拟显示细胞膜内的香肠微观塑料球。图片来源:英国《新科学家》网站

科技日报记者 张佳欣

包装网球或橘子最节省空间的球体方法是什么?数学家们研究这个“球体包装”问题已经有几个世纪了。但很少有人关注该问题在现实世界中会如何。放里现在,最节荷兰特文特大学的省空一项涉及微型塑料球的物理实验终于解释清楚:对于少量的球,最好把它们装在香肠形状的香肠包装里。相关论文发表在最新一期《自然·通讯》杂志上。球体

约翰尼斯·开普勒是放里第一个研究球体包装的人。他在1611年提出,最节金字塔型是省空长途航行中包装炮弹的最佳方式,但直到2014年,香肠数学家才完全证实了这一答案。球体然而,放里这个证明只考虑了排列无限多个球体的最节最佳方法。此外,省空球体堆积理论假设球是非常硬的,不会相互吸引或排斥,但现实生活中很少是这样的,例如网球或橙子会相互挤压。

对于现实世界中的有限球体包装,什么形状的包装效率最高呢?微小的聚苯乙烯球非常坚硬并且基本上呈惰性。研究人员试验将这些球插入空的细胞膜,并惊讶地发现它们排列成了香肠一样的长条状。

研究团队决定对袋子中不同数量的聚苯乙烯球进行研究和模拟。他们将预测与实验进行了比较,实验使用了多达9个聚苯乙烯球,这些球被挤压到浸泡在液体溶液中的细胞膜中。然后,他们通过改变溶液的浓度来收缩包装球,使膜变得更紧,并使用显微镜观察球的形成。

研究人员表示,对于多达9个球体,实验和模拟都证明了香肠形状是最好的包装形状。当超过9个球时,膜会因球的压力而变形。但是当有56到70个球时,包装效率又突然变得高效。这些发现可能在药物输送方面有所应用,例如如何最有效地将硬质抗生素分子装在细胞膜内。

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