Language
Country/Area
No result found
Секрет изгиба: как жесткость полимера при изгибе влияет на его свойства?
Жесткость полимера при изгибе является ключевым механическим свойством, которое количественно определяет длительность сохранения свойств полимера, что имеет решающее значение для понимания характеристик различных типов полимеров. Будь то пластиковые пакеты в повседневной жизни или молекулы ДНК в научных исследованиях, изменения жесткости при изгибе придают этим полимерам уникальные свойства в различных областях применения.
Длину персистентности можно считать пределом гибкости полимера; участки короче длины персистентности проявляют жесткость, в то время как участки длиннее этой длины кажутся хаотичными в своем движении.
По своим механическим свойствам полимер подобен гибкому эластичному стержню. При этом, если некоторая длина полимера меньше длины персистентности, то его поведение подобно жесткому стержню; напротив, если эта длина намного больше длины персистентности, то ее необходимо описывать статистическими методами. , похоже на трехмерное случайное блуждание. характеристики. Длина персистентности определяется как расстояние, на котором исчезает корреляция между касательными линиями вдоль полимерной цепи.
Формально определяемая как средняя проекция всех углов наклона в бесконечно длинной цепи, персистентная длина полимера определяется.
С химической точки зрения длина сохранения зависит не только от жесткости при изгибе, но и от длины химических связей вокруг полимерной цепи. Например, при анализе двухспиральной ДНК ее персистентная длина составляет около 390 Å (1Å = 10^-10 м), в то время как персистентная длина нити спагетти может достигать 1018 м. Но это не значит, что арбузная лапша жесткая. Напротив, ее жесткость на изгиб требует значительной длины для преодоления тепловых колебаний, вызванных такими факторами, как температура.
Точно так же, как и в повседневной жизни, мы можем ощущать жесткость различных предметов. Например, короткая пластиковая полоска легко сгибается при небольшом давлении, в то время как длинная проволока нелегко деформируется при таком же давлении. То же самое относится и к поведению полимерных цепей. На коротких расстояниях полимерные цепи, по-видимому, остаются в высокой степени коррелированными; на больших расстояниях это соответствие быстро теряется.
Концепция персистентной длины позволяет нам лучше понять эксплуатационные свойства различных полимеров, что имеет решающее значение в таких областях, как материаловедение и биомедицина.
Для заряженных полимеров длительность сохранения зависит от концентрации соли в окружающей среде. Это связано с тем, что влияние электрического экранирования на продолжительность импульса можно описать с помощью модели Одейка, Сколника и Фиксмана. При наличии достаточного количества соли в среде этих полимеров жесткость полимеров на изгиб и, в конечном счете, длина сохраняемости будут изменяться соответствующим образом.
Чтобы точно измерить длину персистентности, при изучении одноцепочечной ДНК применялось множество методов. Наиболее распространенным методом является измерение среднего расстояния между концами с использованием метода флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET). Ученые использовали специальную модель для определения эффективности FRET и сравнили ее с экспериментальными данными, чтобы получить оценку продолжительности сохранения.
В новейшем методе исследования флуоресцентная корреляционная спектроскопия (ФКС) была интегрирована в новую программу HYDRO, которая больше не рассматривает молекулы как чисто сферические и может учитывать более сложные формы полимеров.
Программа HYDRO основана на формуле Стокса-Эйнштейна, но изменяет свои предположения, чтобы охватить более широкий спектр молекулярных форм. Это не только повышает точность измерений персистентной длины, но и открывает новые возможности для изучения потенциальных применений полимеров в биомедицине и материаловедении.
С развитием технологий углубляются также исследования жесткости при изгибе и длины сохраняемости полимеров. Эти знания помогут разрабатывать более оптимизированные материалы и технологии — от лабораторных исследований до промышленного применения и будущих биологических наук.
Изучая эксплуатационные характеристики полимеров, мы не можем не задаться вопросом: как будущие технологии материалов будут использовать эти знания о жесткости при изгибе для достижения более эффективных применений?
