Qual é a diferença entre cadeias lineares e anéis compostos do mesmo material? Os blocos de construção moleculares são idênticos, mas do ponto de vista matemático, as duas estruturas têm topologias distintas, anel e cadeia linear. Essa diferença é facilmente reconhecível em uma escala macroscópica, Como, por exemplo, um anel de ouro e uma barra de ouro, mas representa uma tarefa complicada na escala microscópica. Os físicos Lisa Weiss e Christos Likos da Universidade de Viena e Arash Nikoubashman da Universidade Johannes-Gutenberg de Mainz investigaram estratégias para separar nano e micropartículas de topologia distinta. Seus resultados são publicados na revista de alto impacto Letras Macro ACS .
A propriedade puramente matemática - linear ou circular - pode ter consequências graves no mundo dos materiais. Uma vez que as moléculas circulares não possuem quaisquer extremidades que possam servir como um ponto de partida para a degradação, eles são mais resistentes e menos emaranhados. A natureza se beneficia dessa propriedade única das moléculas circulares para aumentar a resiliência do DNA e do RNA contra a degradação. A topologia desempenha um papel quando as moléculas saem do equilíbrio:as moléculas lineares e em anel fluem de maneira diferente, assim como suas misturas.
Essa diferença no fluxo pode ser explicada usando o espaguete como uma analogia para moléculas lineares e mexendo um pote delas como analogia para o fluxo:macarrão único se alonga na direção do fluxo, embora eles ainda estejam emaranhados. Ao mexer a massa em forma de anel, ele se orienta mais facilmente na direção do fluxo em comparação com os fios lineares espaguete, e os anéis são menos emaranhados, tornando a agitação mais fácil.
No entanto, separar uma mistura de massa linear e em forma de anel em uma panela em dois sistemas separados de alta pureza é uma tarefa desafiadora, uma vez que os blocos de construção moleculares são exatamente os mesmos. É necessário classificar manualmente. Esse processo é impossível em uma escala microscópica; portanto, o desenvolvimento de novos materiais baseados em diferentes topologias é dificultado, assim como a análise da topologia em sistemas biológicos. Portanto, precisamos de tecnologias de separação novas e eficientes.
Pesquisadores da Universidade de Viena e da Johannes-Gutenberg-University of Mainz desenvolveram uma estratégia automatizada para separar moléculas circulares de forma confiável de suas contrapartes lineares. Usando simulações de computador, eles provaram a eficácia dos canais microfluídicos decorados com pontos atraentes. Esses pontos atraem os blocos de construção moleculares das moléculas lineares e do anel com a mesma intensidade. Lisa Weiss, do Grupo de Física Computacional da Universidade de Viena, explica que cadeias lineares são imobilizadas nesses pontos, enquanto as moléculas de anel podem rolar ao longo deles. Este movimento de rolamento é possível apenas para topologias com linhas de contorno fechadas. Para purificar o filtro das cadeias presas, o canal é lavado com um não solvente para as cadeias, ou seja, um solvente no qual as moléculas não podem se dissolver - como, por exemplo, óleo em água. Portanto, correntes se desintegram e se soltam, e subsequentemente, o fluxo carrega as correntes e o filtro está limpo.
