Полимер можно сравнить с ожерельем из небольших молекул, которые химически связаны друг с другом. Полимеры являются основой огромного разнообразия природных и искусственных материалов, от кожи, волос и ДНК до самых простых и современных пластиков. Свойства этих полимерных материалов во многом определяются их пространственной структурой, также известной как «конформация».Полимеры могут быть такими же прямыми, как сырые спагетти, но также могут возникать как клубок приготовленных спагетти.
Полимерные цепи сопротивляются изменениям своей конформации, например, при растяжении. Этот эффект пружины обеспечивает эластичность каучуков, гибкость пластмасс и прочность цитоскелета клетки. Следовательно, чтобы изменить конформацию полимера, к молекуле должна быть приложена сила. Но выяснить точную конформацию полимера особенно сложно, особенно если полимеры окружены множеством других веществ, например, в клетке.
Отпечаток пальцаГруппа исследователей из группы физической химии и мягкой материи Университета Вагенингена, возглавляемая Джорисом Спракелем, разработала новый вид полимера, который «сообщает» свою пространственную конфигурацию исследователям через излучаемый им свет. Кандидат наук Ханде Сингил (Hande Cingil) провел работу над водорастворимыми полупроводниковыми полимерами, которые исследователи назвали конъюгированными полиэлектролитами (CPE).
Люминесцентные полимеры существуют уже некоторое время. Они меняют цвет по мере изменения их телосложения.
Особенностью полимеров CPE является то, что в этих изменениях цвета можно наблюдать нюансы. После облучения УФ-светом существующие полимеры излучают цветовой спектр, похожий на профиль горы с плоской вершиной. Но у новых полимеров есть свой «отпечаток пальца»: они показывают определенные пики в спектре.
Кроме того, эти пики смещаются при изменении пространственной структуры, например, если материал, в который они включены, растягивается. В результате новые полимеры могут обнаруживать очень малые силы в наномасштабе.Искусственный вирусВ своей публикации в Журнале Американского химического общества химики из Вагенингена демонстрируют функционирование своих полимеров CPE.
Для этой цели они использовали белок, разработанный их коллегами из Вагенингена, Ренко де Фрис и Мартьен Коэн Стюарт. Белок — это сильно упрощенная версия искусственного вируса; как биологический вирус, он связывается с ДНК и впоследствии инкапсулирует ее.
Спракель: «В нашем эксперименте CPE был инкапсулирован упрощенным искусственным вирусным белком, что придало ему жесткий слой, что привело к изменению формы полимера. Используя простую и неинвазивную световую спектроскопию, этот процесс инкапсуляции теперь можно изучить подробно. . "РазрывНовые полимеры можно использовать для многих целей. Например, группы молекул могут быть присоединены к полимерам для конкретных применений, таких как обнаружение белков или токсинов.
Благодаря этому открытию можно совершенно по-новому изучать изменения в строении, в том числе глубоко внутри сложных веществ и материалов. Например, он предлагает улучшенный метод для точного определения того, как вирусные белки растягиваются и сворачиваются, чтобы инкапсулировать ДНК, или как постепенно накапливаются очень незначительные повреждения полимерных материалов, которые в конечном итоге вызывают их разрыв.
В настоящее время исследователи работают над фундаментальными исследованиями, которые выходят за рамки того, чтобы показать, растянулась ли полимерная цепь: они стремятся показать, где именно в цепи произошло это растяжение.