Os pesquisadores do LMU refutaram a teoria convencional usada para explicar a dinâmica das soluções de polímero. Eles mostram que para os biopolímeros os efeitos coletivos facilitam a mobilidade da cadeia, que é uma reminiscência do comportamento de materiais semelhantes ao vidro.

O que os fios de seda, plásticos e DNA têm em comum? Eles são todos feitos de constituintes poliméricos e são representativos do que os cientistas chamam de 'matéria mole'. Ao contrário da matéria condensada dura, esses materiais são intrinsecamente flexíveis ('macios'), mas pode, no entanto, formar estruturas estáveis ​​sob as condições ambientais. Portanto, matéria mole não pode ser inequivocamente classificada como sólida ou líquida, porque suas propriedades materiais são muito sensíveis aos parâmetros ambientais. - Mudanças na temperatura podem ter um efeito marcante em sua suscetibilidade à deformação, por exemplo. De fato, sua dinâmica estrutural é a chave de seu comportamento e o principal determinante de suas funções e aplicações. Em um novo estudo, Os físicos da LMU, Professor Erwin Frey e Dr. Philipp Lang, refutaram a teoria convencional até agora usada para explicar as características reológicas (ou seja, sua resposta a tensões mecânicas externas) de soluções de polímero, e desenvolveu um modelo alternativo. O novo estudo aparece no jornal online Nature Communications .

Frey e Lang se concentraram na dinâmica de polímeros semiflexíveis a rígidos - o grupo para o qual os biopolímeros, incluindo o DNA, ou filamentos de actina e microtúbulos que são os principais componentes do citoesqueleto pertencem. Todos os polímeros são compostos de subunidades repetidas que estão ligadas entre si para formar longas cadeias macromoleculares. Em solução, essas macromoléculas estão intrincadamente emaranhadas entre si, como as fibras em tufos de penugem. Na década de 1970, um modelo foi desenvolvido para descrever sua dinâmica. Neste modelo de reptação, cada molécula de polímero é vista como estando confinada dentro de um tubo flexível através do qual se move de forma ondulante, como a proverbial cobra na grama (daí o nome). As paredes desses tubos são elas próprias definidas por todas as outras moléculas de polímero no meio. Desta maneira, o modelo capta como a mobilidade de cada macromolécula individual é restringida pela distribuição espacial de todas as outras. Nesta foto, a única maneira de desembaraçar esse ninho de víboras é puxando fibras individuais para fora de seus tubos de confinamento, porque o movimento ortogonal às paredes do tubo não é possível.

"Nossas extensas simulações de computador, Contudo, sugerem um tipo muito diferente de dinâmica de polímero para biopolímeros, "diz Frey." Não observamos movimentos complicados de polímeros individuais. Em vez de, encontramos relativamente rápido, reorganização coletiva dos tubos, o que resulta no desemaranhamento das cadeias de polímero. "De acordo com os autores, a dinâmica se assemelha à de materiais semelhantes ao vidro. Este tipo de comportamento não é baseado nos movimentos independentes de moléculas de polímero individuais, mas deriva de interações entre polímeros em escalas muito maiores. Isso leva ao movimento coletivo de todas as cadeias de polímero em um bairro local, de modo que toda a confusão começa a se organizar, correntes emaranhadas são desemaranhadas, a bola densa se solta, e novos caminhos pelo labirinto são criados.

“Desenvolvemos um novo conceito teórico que dá conta da dinâmica coletiva e reproduz os resultados obtidos em nossas simulações, "diz Frey." Nossas descobertas irão mudar fundamentalmente as suposições atuais sobre a relevância dos efeitos coletivos não apenas em soluções de biopolímero, mas potencialmente também em outros sistemas de matéria mole. "As previsões teóricas feitas pelo novo modelo devem ser muito fáceis de testar experimentalmente em sistemas envolvendo biopolímeros ou nanotubos de carbono. Lang e Frey já mostraram que os dados derivados de suas simulações estão em total concordância com os resultados de um estudo sobre nanotubos de carbono publicado por um grupo de pesquisa holandês-americano.