Ny teori hæver det, vi ved om, hvordan ladede makromolekyler samler sig selv

En ny teoretisk ramme udviklet af KAUST-forskere udfordrer den eksisterende forståelse af, hvordan ladede makromolekyler, kendt som polyelektrolytter, selv samler sig i vandige opløsninger. Resultaterne kan føre til nye strategier til at designe funktionelle bløde materialer, såsom hydrogeler og membraner.

Polyelektrolytter er lange, kædelignende molekyler med gentagne ladede enheder. Disse molekyler er meget udbredt inden for forskellige områder, herunder den biomedicinske industri og energiindustrien. Polyelektrolytters selvsamlende adfærd er afgørende for deres anvendelser.

Ifølge den klassiske teori danner polyelektrolytter i et vandigt miljø komplekser, kaldet polyelektrolytkomplekser (PEC'er), gennem elektrostatiske interaktioner mellem de ladede enheder. Størrelsen, strukturen og egenskaberne af PEC'er afhænger af forskellige faktorer, herunder ladningstætheden og koncentrationen af ​​polyelektrolytter.

Holdet ledet af professor Jean-Francois Joanny, professor David Morse og professor Nathalie Duru udviklede en ny teoretisk ramme, der udfordrer denne klassiske opfattelse. Den vigtigste indsigt er, at selvsamling af polyelektrolyt ikke kun drives af elektrostatiske interaktioner, men også af den udelukkede volumeneffekt.

Udelukket volumeneffekt refererer til det faktum, at to objekter ikke kan optage den samme plads på samme tid. I tilfælde af polyelektrolytter opstår den udelukkede volumeneffekt af, at molekylerne er lange og fleksible.

Holdet viste, at den udelukkede volumeneffekt signifikant kan påvirke polyelektrolytters selvsamlingsadfærd, hvilket fører til dannelsen af ​​forskellige typer strukturer, såsom klynger og netværk, snarere end de traditionelle PEC'er.

Teorien er i overensstemmelse med nyere eksperimentelle observationer og giver en mere fuldstændig forståelse af polyelektrolyt-selvsamling. Resultaterne kan føre til udvikling af nye materialer med skræddersyede egenskaber til forskellige anvendelser.