Cómo separar las nanopartículas por "forma".

Nueva estrategia para separar moléculas

13.06.2019

Pexels, pixabay.com, CC0

Imagen simbólica

En nuestra vida diaria, el propósito y la función de un artículo se define por su material, por ejemplo, un chubasquero está fabricado con material impermeable, o por su forma, por ejemplo, una rueda es redonda para permitir un movimiento de balanceo. ¿Cuál es el impacto de los dos factores en la nanoescala? El impacto del material, es decir, la química del bloque de construcción, ha sido excesivamente variado y el impacto en las propiedades de los polímeros ha sido investigado, lo que ha dado lugar a nuevos materiales funcionales, como por ejemplo los polvos de granulado. Por el contrario, el impacto de la'forma' aún no se ha dilucidado, ya que carecemos de técnicas fiables de separación sensibles a la forma. Los científicos de la Universidad de Viena y de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados de Trieste han superado este obstáculo.

Los investigadores desarrollaron una estrategia para separar los polímeros de anillo anudado de los no anudados. Los polímeros son moléculas largas, que consisten en la repetición periódica de un bloque de construcción llamado monómero. Lisa Weiß y Christos Likos, de la Universidad de Viena, junto con Cristian Micheletti y Mattia Marenda, de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados (SISSA), investigaron la influencia de la topología, que es la expresión matemática precisa de la'forma', sobre los polímeros y cómo separarlos. Distintas topologías en la ciencia de los polímeros son el desenganche, que puede ser imaginado como un collar de perlas cerrado, cada perla representando un monómero, o varias estructuras anudadas capturadas en un polímero de anillo, que corresponden a anudar un collar y cerrarlo permanentemente después.

La idea clave es utilizar nanocanales modulados, es decir, canales de radio pequeño, que aumentan y disminuyen periódicamente a lo largo del eje del canal. En estas escalas de tiempo y longitud, el movimiento térmico, conocido como movimiento browniano, es un factor importante que determina la magnitud de la difusión, un término que describe el desplazamiento aleatorio de polímeros.

Sin flujo, la modulación de canal invierte la clasificación de las difusividades en comparación con un sistema no confinado, de modo que la especie de difusión más rápida a granel es la más lenta en un canal modulado. Desafortunadamente, debido a la naturaleza aleatoria de la difusión, no puede emplearse para la separación. Por lo tanto, los investigadores aplicaron flujos débiles, utilizando técnicas de simulación especiales, que tienen en cuenta correctamente la transferencia de momento mediada por el disolvente. Para una intensidad de flujo suficientemente pequeña, pueden separar moléculas claramente anudadas.

Este mecanismo se basa en el hecho de que la velocidad media de transporte debida al flujo es menor en comparación con el desplazamiento aleatorio por escala de tiempo típica del polímero, y los polímeros tienen tiempo suficiente para explorar difusivamente la sección transversal del canal antes de ser transportados a la siguiente cámara. Siempre que se cumpla esta condición, los polímeros no anudados pueden ser transportados hasta diez veces más rápido que sus homólogos anudados, lo que permite una separación fiable. Curiosamente, el tamaño de la constricción no es de crucial importancia. Sin embargo, la relación entre el tamaño de constricción y el tamaño promedio de un nudo puede utilizarse para controlar si el nudo va por delante o por detrás del resto del polímero, estableciendo así la preferencia por diferentes modos de translocación.

La colaboración tuvo lugar en el marco de la red de investigación Marie-Curie Nanotrans, que permite combinar los conocimientos vieneses sobre hidrodinámica con la experiencia en nudos con sede en Trieste.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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