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

En ny teori udviklet af forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign øger vores nuværende forståelse af, hvordan ladede makromolekyler samler sig selv. Teorien, der er offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications, kan have betydning for design af nye materialer og for forståelse af biologiske processer.

Ladede makromolekyler er molekyler, der har en netto elektrisk ladning. Når disse molekyler er opløst i vand, interagerer de med hinanden gennem elektrostatiske kræfter. Disse kræfter kan få molekylerne til at samle sig selv i en række forskellige strukturer, såsom krystaller, geler og membraner.

Den nuværende forståelse af, hvordan ladede makromolekyler selv samler sig, er baseret på Debye-Hückel-teorien, som blev udviklet i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Debye-Hückel teorien forudsiger, at de elektrostatiske interaktioner mellem ladede makromolekyler er langtrækkende og frastødende. Det betyder, at molekylerne vil have en tendens til at holde sig så langt væk fra hinanden som muligt, hvilket vil føre til dannelsen af ​​åbne, uordnede strukturer.

Men den nye teori udviklet af University of Illinois-forskere viser, at de elektrostatiske interaktioner mellem ladede makromolekyler faktisk kan være kortrækkende og attraktive. Det betyder, at molekylerne vil have en tendens til at klynge sig sammen, hvilket vil føre til dannelsen af ​​mere kompakte, ordnede strukturer.

Den nye teori er baseret på en kombination af teoretiske beregninger og eksperimentelle målinger. Beregningerne viser, at de elektrostatiske vekselvirkninger mellem ladede makromolekyler påvirkes af molekylernes størrelse og form, samt af koncentrationen af ​​salt i opløsningen. De eksperimentelle målinger bekræfter, at den nye teori nøjagtigt kan forudsige ladede makromolekylers selvsamlingsadfærd.

Den nye teori kan få konsekvenser for design af nye materialer. For eksempel kunne teorien bruges til at designe nye materialer, der er stærkere og mere ledende. Teorien kunne også bruges til at forstå biologiske processer, såsom dannelse af cellemembraner og samling af vira.

"Vores nye teori giver en ny måde at forstå, hvordan ladede makromolekyler samler sig selv," sagde studieleder professor Jianhua Xing. "Dette kan føre til udvikling af nye materialer og til en bedre forståelse af biologiske processer."