Uma técnica que permite aos pesquisadores observar o movimento de moléculas individuais dentro de um polímero foi desenvolvida por KAUST:ela desafia o pensamento atual sobre a física dos polímeros e pode levar a novos materiais que podem ser ajustados para tarefas específicas.

Os polímeros são uma grande e diversa família de materiais que vão desde duros, plásticos rígidos para flexíveis, géis elásticos. No nível microscópico, os polímeros consistem em moléculas de cadeia longa que estão emaranhadas como uma placa de espaguete em nanoescala. As propriedades de um material polimérico surgem da maneira como suas cadeias poliméricas componentes se movem e interagem umas com as outras. Até agora, A capacidade dos pesquisadores de compreender totalmente as propriedades do polímero foi prejudicada porque era impossível observar o movimento da cadeia de polímero individual.

Satoshi Habuchi e sua equipe superaram essa limitação usando microscopia de fluorescência de super-resolução. "A imagem por fluorescência é uma excelente técnica para capturar o comportamento em tempo real de sistemas dinâmicos, "diz Maram Abadi, um membro da equipe de Habuchi.

Para o estudo do polímero, Habuchi e sua equipe criaram um polímero com etiquetas fluorescentes presas em vários pontos ao longo da cadeia. Embora a resolução espacial da imagem de fluorescência convencional seja limitada a 200-300 nanômetros - insuficiente para rastrear a dinâmica da cadeia de polímero - a imagem de fluorescência de super-resolução oferece uma resolução de 10-20 nanômetros consideravelmente mais nítida. A super-resolução é alcançada capturando 10, 000 imagens separadas de microscopia de fluorescência em poucos segundos, e, em seguida, usando um computador para combiná-los para gerar uma única imagem de super-resolução. A técnica rendeu aos seus descobridores originais o Prêmio Nobel de Química de 2014.

Habuchi e sua equipe combinaram essa técnica com um algoritmo de rastreamento de uma única molécula que desenvolveram recentemente. "Ele forneceu uma ferramenta poderosa para investigar a dinâmica de polímeros emaranhados no nível de uma única molécula, Abadi diz.

A ferramenta mostrou que a dinâmica do polímero é mais complexa do que se pensava anteriormente. A dinâmica do polímero foi modelada usando a teoria da reptação, na qual toda a cadeia do polímero é considerada mover-se como uma única unidade, semelhante a uma cobra, o que explica a derivação do termo da palavra réptil. A microscopia fluorescente de super-resolução revela que o polímero realmente sofre um movimento dependente da posição da cadeia, com a maior parte do movimento ocorrendo nas extremidades da cadeia e o menor movimento ocorrendo no meio.

Esta descoberta mostra que a teoria da física dos polímeros terá que ser revisada, Abadi diz. "Uma vez que as propriedades reológicas dos materiais surgem microscopicamente da dinâmica do polímero emaranhada, uma revisão da teoria da reptação teria um amplo impacto não apenas na física fundamental do polímero, mas também no desenvolvimento de uma ampla gama de nanomateriais poliméricos, " ela diz.

A equipe agora planeja aplicar sua técnica a sistemas mais complexos, incluindo géis de polímero e redes de biomoléculas dentro das células.