Language
Country/Area
No result found
Chiều dài bí ẩn của polyme: Chiều dài bền vững là gì và nó ảnh hưởng đến hành vi phân tử như thế nào?
Trong khoa học polyme, độ bền là một tính chất cơ học cơ bản được sử dụng để định lượng độ cứng uốn của polyme. Tính chất này làm cho các phân tử polyme hoạt động giống như các thanh hoặc dầm đàn hồi linh hoạt. Hành vi của một loại polyme khác nhau đáng kể tùy thuộc vào độ dài của nó: nếu một đoạn của polyme ngắn hơn độ dài bền, đoạn đó sẽ hoạt động giống như một thanh cứng; đối với các đoạn dài hơn độ dài bền, các đặc tính của chúng chỉ có thể được mô tả theo cách thống kê. Mô tả, một mô hình tương tự như chuyển động ngẫu nhiên ba chiều.
Độ dài bền vững được định nghĩa là khoảng cách mà mối tương quan giữa các hướng phân tử biến mất.
Chính thức hơn, độ dài bền vững P có thể được định nghĩa là tổng các phép chiếu trung bình của tất cả các liên kết tiếp theo j (j ≥ i) của mỗi liên kết i lên một đoạn nào đó của chuỗi có độ dài vô hạn. Cụ thể, điều này có thể được tìm thấy bằng cách xem xét một vectơ tiếp tuyến với vị trí 0 và sau đó nghiên cứu góc θ ở khoảng cách L từ vị trí 0.
Giá trị mong đợi của độ dài bền bỉ giảm theo cấp số nhân theo khoảng cách. Công thức là: ⟨cos θ⟩ = e^{-(L/P)}.
Thông thường, độ dài bền vững P được lấy bằng một nửa độ dài Kuhn, tức là độ dài của đoạn có thể kết nối tự do được cho là. Độ dài bền cũng có thể được thể hiện bằng độ cứng uốn Bs, mô đun Young E và mặt cắt ngang của chuỗi polyme.
Khi tính đến lớp điện phân bảo vệ, độ bền của polyme tích điện sẽ phụ thuộc vào nồng độ muối xung quanh. Mô hình Odijk, Skolnick và Fixman được sử dụng để mô tả độ bền của polyme tích điện.
Ví dụ về độ dài bền bỉ
Ví dụ, độ dài tồn tại của một sợi mì spaghetti sống được ước tính vào khoảng 1018 mét (giả sử mô đun Young là 5 GPa và bán kính là 1 mm). Độ bền của chuỗi xoắn kép DNA là khoảng 390 angstrom. Chỉ vì một sợi mì spaghetti sống có độ bền kéo dài như vậy không có nghĩa là nó không linh hoạt; nó chỉ có nghĩa là ở 300K, sợi mì spaghetti sẽ cần 1018 mét để vượt qua các khúc cua do biến động nhiệt.
Ví dụ, hãy lấy một sợi dây dài và hơi mềm dẻo; ở khoảng cách ngắn, sợi dây về cơ bản là cứng. Khi bạn nhìn vào hai điểm trên sợi dây ở rất gần nhau, hướng chuyển động của chúng có mối tương quan cao. Nhưng nếu bạn chọn hai điểm trên sợi dây cách xa nhau thì các vectơ tiếp tuyến của chúng có thể chỉ theo các hướng khác nhau. Khi chúng ta vẽ đồ thị tương quan góc tiếp tuyến giữa hai điểm theo hàm số của khoảng cách, chúng ta sẽ thấy một đồ thị được kỳ vọng là 1 (tương quan hoàn hảo) tại khoảng cách bằng 0, sau đó giảm theo cấp số nhân khi khoảng cách tăng. Độ dài bền bỉ là thang độ dài đặc trưng của sự phân rã theo cấp số nhân này.
Công cụ đo thời lượng
Độ bền của DNA mạch đơn có thể được đo bằng nhiều công cụ khác nhau, phần lớn dựa trên mô hình chuỗi giống giun. Ví dụ, DNA mạch đơn được dán nhãn ở cả hai đầu bằng thuốc nhuộm bôi và thuốc nhuộm nhận để đo khoảng cách trung bình từ đầu đến cuối, được phản ánh trong hiệu quả FRET. Hiệu quả FRET sau đó được chuyển đổi thành độ dài bền bỉ bằng cách so sánh với hiệu quả FRET được tính toán dựa trên mô hình chuỗi giống giun.
Một số nỗ lực gần đây đã kết hợp phương pháp quang phổ tương quan huỳnh quang (FCS) với chương trình HYDRO. Chương trình HYDRO là bản nâng cấp của phương trình Stokes-Einstein. Phương trình này giả định rằng các phân tử hoàn toàn có dạng hình cầu và tính toán hệ số khuếch tán, tỷ lệ nghịch với thời gian khuếch tán. Tuy nhiên, chương trình HYDRO không bị giới hạn bởi hình dạng của phân tử. Thời gian khuếch tán của nhiều loại polyme giống giun đã được tạo ra, tính toán bằng chương trình HYDRO và so sánh với thời gian khuếch tán thử nghiệm của FCS để ước tính độ dài bền vững của DNA sợi đơn và tìm ra độ dài tối ưu bằng cách điều chỉnh các đặc tính của polyme. .
Độ bền của một polyme không chỉ là thước đo các tính chất cơ bản của nó mà còn liên quan chặt chẽ đến đặc điểm và chức năng của các phân tử sinh học cũng như hành vi của chúng trong nhiều môi trường khác nhau. Bạn có bao giờ tự hỏi tại sao những phân tử nhỏ bé này lại có thể hoạt động theo cách tuyệt vời như vậy trong tự nhiên không?
