Language
Country/Area
No result found
ポリマーの謎の長さ：持続長とは何か、そしてそれが分子の挙動にどのように影響するか？
高分子科学において、持続長はポリマーの曲げ剛性を定量化するために使用される基本的な機械的特性です。この特性により、ポリマー分子は柔軟な弾性棒や梁のように動作します。ポリマーの挙動はその長さによって大きく異なります。ポリマーのセグメントが持続長よりも短い場合、セグメントは剛体棒のように動作します。持続長よりも長いセグメントの場合、その特性は統計的な方法。説明、3次元ランダムウォークに似たモデル。
持続長は、分子配向の相関が消える距離として定義されます。
より正式には、持続長 P は、各結合 i の後続のすべての結合 j (j ≥ i) の無限長の鎖のセグメントへの平均投影の合計として定義できます。具体的には、位置 0 に接するベクトルを考慮し、位置 0 から距離 L にある角度 θ を調べることでこれを見つけることができます。
持続長の期待値は距離とともに指数関数的に減少します。式は⟨cos θ⟩ = e^{-(L/P)}です。
通常、持続長 P は、クーン長、つまり想定される自由接続可能セグメントの長さの半分とされます。持続長は、曲げ剛性 Bs、ヤング率 E、およびポリマー鎖の断面積によっても表すことができます。
電解質シールドを考慮すると、帯電ポリマーの持続時間は周囲の塩濃度に依存します。 Odijk、Skolnick、Fixman モデルは、帯電ポリマーの持続長を記述するために使用されました。
持続長の例
たとえば、生きているスパゲッティ麺の持続長は、1018 メートル程度であると推定されています (ヤング率が 5 GPa、半径が 1 mm と仮定)。二重らせん DNA の持続長は約 390 オングストロームです。生きているスパゲッティの持続長が非常に長いからといって、柔軟性がないというわけではありません。300K では、熱変動による曲がりを克服するには、スパゲッティの長さが 1018 メートル必要になるというだけです。
たとえば、長くてやや柔軟なロープを考えてみましょう。短距離ではロープは基本的に硬いです。非常に近いロープの 2 つの点を見ると、それらの動きの方向は高度に相関していることがわかります。しかし、ロープ上の離れた 2 つの点を選択した場合、それらの接線ベクトルは異なる方向を指す可能性があります。 2 点間の接線角度の相関を距離の関数としてプロットすると、距離がゼロのときに 1 (完全な相関) になり、距離が増加するにつれて指数関数的に減少するグラフが表示されます。持続長は、この指数関数的減衰の特徴的な長さのスケールです。
期間を測定するツール
一本鎖 DNA の持続長はさまざまなツールを使用して測定できますが、そのほとんどはワームのような鎖モデルに基づいています。たとえば、一本鎖 DNA の両端をアプリケーター染料とアクセプター染料の両方で標識し、平均の末端間距離を測定します。これは FRET 効率に反映されます。次に、FRET 効率を、ワーム状鎖モデルに基づいて計算された FRET 効率と比較することにより、持続長に変換しました。
最近のいくつかの試みでは、蛍光相関分光法 (FCS) と HYDRO プログラムを組み合わせています。 HYDRO プログラムは、ストークス・アインシュタイン方程式のアップグレードです。この式は、分子が純粋に球形であると仮定し、拡散時間に反比例する拡散係数を計算します。ただし、HYDRO プログラムは分子の形状によって制限されません。複数のワーム状ポリマーの拡散時間が生成され、HYDRO プログラムを使用して計算され、FCS の実験的拡散時間と比較され、一本鎖 DNA の持続長を推定し、ポリマー特性を調整して最適なものを見つけました。値。
ポリマーの持続長は、その基本的な特性の尺度であるだけでなく、生体分子の特性と機能、およびさまざまな環境でのそれらの挙動にも密接に関連しています。自然界では、これらの小さな分子がどのようにして素晴らしい働きをするのか疑問に思ったことはありませんか?
