Los investigadores de LMU han refutado la teoría convencional utilizada para explicar la dinámica de las soluciones de polímeros. Muestran que para los biopolímeros los efectos colectivos facilitan la movilidad de la cadena, que recuerda el comportamiento de los materiales similares al vidrio.

¿Qué hilos de seda, los plásticos y el ADN tienen en común? Todos están formados por componentes poliméricos y son representativos de lo que los científicos llaman "materia blanda". A diferencia de la materia dura condensada, estos materiales son intrínsecamente flexibles ('blandos'), pero, no obstante, puede formar estructuras estables en condiciones ambientales. Por eso, La materia blanda no puede clasificarse inequívocamente como sólida o líquida, porque sus propiedades materiales son muy sensibles a los parámetros ambientales. - Los cambios de temperatura pueden tener un efecto marcado en su susceptibilidad a la deformación, por ejemplo. En efecto, su dinámica estructural es la clave de su comportamiento y el principal determinante de sus funciones y aplicaciones. En un nuevo estudio, Los físicos de LMU, el profesor Erwin Frey y el Dr. Philipp Lang, han refutado la teoría convencional utilizada hasta ahora para explicar las características reológicas (es decir, su respuesta a tensiones mecánicas externas) de las soluciones de polímeros. y desarrolló un modelo alternativo. El nuevo estudio aparece en la revista online Comunicaciones de la naturaleza .

Frey y Lang se centraron en la dinámica de los polímeros semiflexibles a rígidos, el grupo al que los biopolímeros, incluido el ADN, o pertenecen los filamentos de actina y los microtúbulos que son un componente principal del citoesqueleto. Todos los polímeros están formados por subunidades repetidas que están unidas entre sí para formar largas cadenas macromoleculares. En solución, estas macromoléculas están intrincadamente entrelazadas entre sí, como las fibras en mechones de pelusa. En los 1970s, se desarrolló un modelo para describir su dinámica. En este modelo de reptación, cada molécula de polímero se considera confinada dentro de un tubo flexible a través del cual se mueve de manera ondulatoria, como la proverbial serpiente en la hierba (de ahí el nombre). Las paredes de estos tubos están definidas por todas las demás moléculas de polímero en el medio. De este modo, el modelo captura cómo la movilidad de cada macromolécula individual está restringida por la distribución espacial de todas las demás. En esta imagen, la única forma de desenredar tal nido de víboras es sacar fibras individuales de sus tubos confinados, porque el movimiento ortogonal a las paredes del tubo no es posible.

"Nuestras extensas simulaciones por computadora, sin embargo, sugieren un tipo muy diferente de dinámica de polímeros para biopolímeros, "dice Frey." No observamos movimientos intrincados de polímeros individuales. En lugar de, encontramos relativamente rápido, reorganización colectiva de los tubos, lo que da como resultado el desenredo de las cadenas de polímeros ". Según los autores, la dinámica se asemeja a la de los materiales similares al vidrio. Este tipo de comportamiento no se basa en los movimientos independientes de moléculas de polímero individuales, pero se deriva de interacciones entre polímeros a escalas mucho mayores. Esto conduce al movimiento colectivo de todas las cadenas de polímeros en un vecindario local, de tal manera que todo el revoltijo comienza a ordenarse, se desenredan cadenas enredadas, la bola densa se afloja, y se crean nuevos caminos a través del laberinto.

"Hemos desarrollado un nuevo concepto teórico que puede dar cuenta de la dinámica colectiva y reproduce los resultados obtenidos en nuestras simulaciones, ", dice Frey." Nuestros hallazgos cambiarán fundamentalmente las suposiciones actuales sobre la relevancia de los efectos colectivos no solo en las soluciones de biopolímeros, sino potencialmente también en otros sistemas de materia blanda ". Las predicciones teóricas hechas por el nuevo modelo deberían ser bastante fáciles de probar experimentalmente en sistemas que incluyen biopolímeros o nanotubos de carbono. Lang y Frey ya han demostrado que los datos derivados de sus simulaciones están completamente de acuerdo con los resultados de un estudio sobre nanotubos de carbono publicado por un grupo de investigación holandés-estadounidense.