Um cordão de microesferas projetadas pode preencher a lacuna onde a modelagem por computador falha os pesquisadores que estudam a dobra, dobramento e outros movimentos de polímeros ou biomoléculas como actina e DNA.

A engenheira química e biomolecular da Rice University Sibani Lisa Biswal e seus alunos - autor principal Steve Kuei, um estudante de graduação, e co-autor Burke Garza, um estudante de graduação criou cordas de contas de poliestireno aprimoradas com ferro para magnetizá-las e com estreptavidina, uma proteína natural que serve como um elo elástico entre eles.

Eles colocaram as cordas em soluções e as manipularam com um campo magnético giratório. Alguns fios foram feitos para serem rígidos, alguns um pouco flexíveis e outros muito mais flexíveis. Ao aplicar uma força magnética externa, os pesquisadores puderam ver como cada tipo de corda reagia e comparou os resultados com modelos de computador de cordas que tinham as mesmas propriedades.

Biswal disse que a nova plataforma permite aos pesquisadores estudar como strings de vários tipos se comportam em condições dinâmicas de uma forma escalonável que não é possível com simulações devido ao alto custo computacional. Pode beneficiar pesquisadores que estudam proteínas, DNA e RNA em sistemas biológicos ou aqueles que estudam as propriedades fluidas de polímeros que se enredam para criar géis ou a densidade de ordenação e empacotamento de cristais líquidos.

"Posso ver pessoas usando isso para estudar os aspectos práticos da construção, dizer, micro robôs com caudas abanando, ou robôs que podem se enrolar, "Biswal disse. Como a técnica pode modelar o movimento flagelar em um ambiente fluido, também pode ajudar a tornar os organismos artificiais possíveis, ela disse.

A pesquisa foi publicada no jornal American Physical Society. Fluidos de revisão física .

A equipe do Rice sabia que já havia muitas informações disponíveis sobre cordas rígidas e flexíveis, filamentos e fibras e como eles se moviam devido ao movimento browniano ou em resposta a cisalhamento ou outras forças. Mas havia muito poucos dados sobre fibras semiflexíveis como a actina, nanotubos de carbono e cílios.

"Há muito interesse em materiais que se dobram em geometrias complexas, mas mesmo coisas simples como dar um nó na macroescala são muito difíceis na microescala, "Biswal disse." Então, desenvolvemos um método para nos permitir observar as forças dinâmicas envolvidas. A capacidade de projetar diferentes flexibilidades neste material é o seu verdadeiro poder. "

As cordas isoladas no líquido podem ser sacudidas ou mexidas, mas a equipe do Rice construiu um dispositivo para girar o campo magnético que tocava cada conta com uma força suave. Eles observaram cordas que reagiam de maneiras diferentes dependendo do nível de flexibilidade e / ou elasticidade embutidas.

As hastes rígidas simplesmente giravam de acordo com o campo magnético. Aqueles com um pouco mais de flexibilidade "abanavam" o rabo no campo móvel, e os centros girariam quando as caudas relaxassem. Cordas mais longas e flexíveis estavam sujeitas a enrolamento, eventualmente compactando em uma forma com menos resistência que lhes permitiu se comportar como seus irmãos rígidos.

"Na maioria das vezes as cordas são abertas na estrutura até que você liga o campo giratório e elas se dobram, "Biswal disse." Isso muda as propriedades subjacentes do fluido, porque passam de ocupar muito espaço para ocupar muito pouco. Um fluido com cordas pode passar de se comportar como mel a se comportar como água. "

Esses efeitos não podem ser vistos diretamente com proteínas que são várias ordens de magnitude menores e ainda têm muitos grânulos - os resíduos - para simular seu dobramento facilmente, Biswal disse.

"Tem havido algum trabalho com DNA marcado com fluorescência e outros biofilmes como a actina, mas eles não conseguem obter a resolução gota a gota que podemos com nosso método, "ela disse." Nós podemos realmente ver as posições de todas as nossas partículas. "

As cordas no estudo atual tinham até 70 contas. Os pesquisadores planejam fazer cadeias de até 1, 000 contas para estudos futuros sobre dinâmicas de dobramento mais complicadas.