Le travail a commencé comme le journal junior de Milena Chakraverti-Wuerthwein, un concentrateur de physique de la classe de Princeton de 2020. Elle travaillait avec Sheng Mao, puis chercheur postdoctoral dans le groupe de Košmrlj, s'appuyant sur des recherches antérieures qui ont exploré les mélanges à phases séparées. Ce travail a développé un cadre de calcul pour prédire le nombre de phases séparées et leur composition, mais n'a pas systématiquement étudié les dispositions réelles des phases.

Chakraverti-Wuerthwein a commencé à dessiner des exemples de mélanges à plusieurs composants, avec chaque phase représentée par une couleur différente. À un moment donné, elle a dit, elle avait l'impression de "tourner en rond, " mais ensuite " a pris du recul et a réfléchi au trait distinctif qui rend l'une de ces morphologies différente d'une autre. J'ai eu l'idée que ce sont vraiment les bords où les phases se touchent. C'était la naissance de l'idée d'utiliser les graphiques, " dans laquelle chaque phase est représentée par un point coloré, et les lignes entre les points indiquent quelles phases se touchent dans un mélange.

"C'était l'étincelle dont nous avions besoin, car une fois que vous pouvez le représenter en termes de graphiques, alors il est très facile d'énumérer toutes les possibilités" pour différents arrangements de phases, dit Košmrlj.

Chakraverti-Wuerthwein est co-auteur principal de l'article avec Mao, qui est maintenant professeur assistant à l'Université de Pékin en Chine. Co-auteur Hunter Gaudio, diplômé 2020 de l'Université de Villanova, a aidé à exécuter des simulations pour produire tous les arrangements distincts de quatre phases au cours de l'été 2019 en tant que participant au programme d'expérience de recherche pour les étudiants de premier cycle du Princeton Center for Complex Materials.

"Normalement, les liquides aiment faire de simples gouttelettes, et pas grand chose d'autre. Avec cette théorie, on peut programmer des gouttelettes pour qu'elles s'organisent spontanément en chaînes, piles, ou couches imbriquées, comme des poupées russes, " a déclaré Eric Dufresne, professeur de matières douces et vivantes à l'ETH Zürich en Suisse, qui n'a pas participé à la recherche. "Cela pourrait être utile pour contrôler une séquence complexe de réactions chimiques, que l'on trouve dans les cellules vivantes. Le prochain défi sera de développer des méthodes expérimentales pour réaliser les interactions spécifiées par la théorie."

Košmrlj fait partie d'un groupe de professeurs de Princeton explorant diverses facettes et applications de la séparation de phase liquide-liquide, un objectif majeur d'un groupe de recherche interdisciplinaire récemment lancé par le Princeton Center for Complex Materials avec le soutien de la National Science Foundation.

En milieu liquide, les petites gouttelettes ont tendance à se transformer en gouttelettes plus grosses au fil du temps, un processus appelé grossissement. Cependant, dans les cellules vivantes et les processus industriels, il est souhaitable d'obtenir des structures de taille spécifique. Košmrlj a déclaré que les futurs travaux de son équipe examineraient comment le grossissement pourrait être contrôlé pour obtenir des mélanges avec des structures ciblées à petite échelle. Une autre question ouverte est de savoir comment les mélanges à plusieurs composants se forment dans les systèmes vivants, où les processus biologiques actifs et la physique de base des matériaux sont tous deux des facteurs contributifs.

Chakraverti-Wuerthwein, qui commencera un doctorat. programme en sciences biophysiques à l'Université de Chicago en 2021, a déclaré qu'il était gratifiant de voir "que ce noyau d'idée que j'ai proposé a fini par être quelque chose de précieux qui pourrait être étendu à un outil plus largement applicable".