Forces, Growth and Form in Soft Condensed Matter: At the Interface between Physics and Biology

این جلد شامل مجموعه مقالات یک موسسه مطالعات پیشرفته ناتو است که در گیلو، نروژ، 24 مارس - 3 آوریل 2003 برگزار شد، هفدهمین ASI از مجموعه ای که از سال 1971 هر دو سال یک بار برگزار می شود. هدف این ASI شناسایی و بحث در مورد آن بود. زمینه هایی که هم افزایی بین فیزیک مدرن، ماده متراکم نرم و زیست شناسی ممکن است پربارتر باشد. رویکرد آموزشی اصلی این بود که سخنرانانی بر درک اساسی جنبه‌های مهم نقش نسبی برهمکنش‌های مختلف متمرکز شوند - الکترواستاتیک، آبگریز، فضایی، ساختاری، واندروالس و غیره. مضامین چندین مدرسه قبلی Geilo. بنابراین بازگشت به این موضوعات، نگاهی تازه و امکانی را برای تعریف مسیرهای جدید برای تحقیق فراهم می کند. نمونه‌هایی از مواد نرم که در این ASI مورد بحث قرار گرفتند، شامل پراکندگی‌های کلوئیدی، ژل‌ها، پلیمرهای زیستی و محلول‌های پلیمری باردار، پلی‌الکترولیت‌ها، کمپلکس‌های پروتئین/غشا، اسیدهای نوکلئیک و کمپلکس‌های آن‌ها بودند. در واقع، بیشتر اشکال مواد متراکم نرم هستند و این مواد از توده‌ها و درشت مولکول‌ها تشکیل شده‌اند، با فعل و انفعالاتی که بسیار ضعیف و پیچیده هستند و نمی‌توانند خود به خود کریستال‌ها را تشکیل دهند. یک ویژگی مشخص این است که نیروهای خارجی کوچک، اغتشاشات جزئی در دما، فشار یا غلظت، همگی می توانند برای ایجاد تغییرات ساختاری قابل توجه کافی باشند. نوسانات حرارتی تقریباً طبق تعریف در مواد نرم قوی هستند و آنتروپی عامل تعیین کننده ساختار است، به طوری که بی نظمی، دینامیک کند و تغییر شکل پلاستیک قانون هستند. از این رو عبارت "ماده متراکم نرم" ابداع شده است.

This volume comprises the proceedings of a NATO Advanced Study Institute held at Geilo, Norway, 24 March - 3 April 2003, the seventeenth ASI in a series held every two years since 1971. The objective of this ASI was to identify and discuss areas where synergism between modern physics, soft condensed matter and biology might be most fruitful. The main pedagogical approach was to have lecturers focussing on basic understanding of important aspects of the relative role of the various interaction- electrostatic, hydrophobic, steric, conformational, van der Waals etc. Soft condensed matter and the connection between physics and biology have been the themes of several earlier Geilo Schools. A return to these subjects thus allowed a fresh look and a possibility for defining new directions for research. Examples of soft materials, which were discussed at this ASI, included colloidal dispersions, gels, biopolymers and charged polymer solutions, polyelectrolytes, protein/membrane complexes, nucleic acids and their complexes. Indeed, most forms of condensed matter are soft and these substances are composed of aggregates and macromolecules, with interactions that are too weak and complex to form crystals spontaneously. A characteristic feature is that small external forces, slight perturbations in temperature, pressure or concentration, can all be enough to induce significant structural changes. Thermal fluctuations are almost by definition strong in soft materials and entropy is a predominant determinant of structure, so that disorder, slow dynamics and plastic deformation are the rule. Hence the phrase ‘soft condensed matter’ has been coined.