眼见为实：科学家创建具有可调特性的模型“珠子弹簧”链

莱斯大学的研究人员正在利用磁珠和 DNA“弹簧”来创建具有不同柔韧性的链，可用作聚合物大分子的微观模型。

该实验直观地证明了 20 世纪 50 年代提出的“珠状弹簧”聚合物理论可以根据需要制成刚性或柔韧性，这应该引起研究聚合物基础物理的材料科学家的兴趣

这项研究由莱斯大学化学和生物分子工程师 Sibani Lisa Biswal 和研究生 Julie Byrom 领导，于本月发表在美国化学学会期刊上。朗缪尔。

研究人员发现研究该理论的最佳方法是组装微米级胶体链具有不同长度的纳米级 DNA 弹簧。

“聚合物通常被描述为用弹簧连接的珠子，”比斯瓦尔说。“许多聚合物物理学家基于这个非常简单的概念提出了缩放定律和直观的聚合物特性。但实际上很少有珠子-弹簧模型系统可以可视化。这就是这项研究的缘由。”

悬浮在液体中的微小固体，如牛奶中的脂肪颗粒或油漆中的颜料颗粒，都是胶体系统的例子。比斯瓦尔说，人们对创建胶体分子有着浓厚的兴趣，而赖斯的实验是朝着这个方向迈出的一步。

制备复合胶体研究人员首先从市售的富含铁的聚苯乙烯珠子开始，珠子上涂有蛋白质链霉亲和素。这些珠子带电，相互排斥，但可以用弹性 DNA 片段连接在一起。当研究人员将珠子暴露在。

“我们利用磁场来控制粒子的定位，让 DNA 将珠子连接在一起，然后关闭磁场，”比斯瓦尔解释道，这些链是如何自组装的。“这对聚合物来说是一个很好的系统，因为它足够大，可以看到单个珠子和定位，但它又足够小，热（布朗）力仍然决定着链的运动。”

正如预期的那样，当他们用短链（约 500 个碱基对）DNA 桥制造链时，大分子仍然保持刚性。较长的链（最多 8,000 个碱基对）似乎盘绕在珠子之间，使链可以移动。令人惊讶的是，当研究人员再次施加磁场来拉伸长链时，它们再次变得僵硬。

“我们认为，DNA 允许粒子之间有一定的活动空间，从而为链提供弹性，”比斯瓦尔说。“但如果粒子之间的距离拉得足够远，就会对桥梁施加相当大的压力，从而减少其移动的自由度。”

比斯瓦尔表示，能够设计出如此广泛的灵活性，使得能够用磁场驱动的更复杂的材料成为可能。

“这项研究很有趣，因为到目前为止，人们还无法制造出这样的柔性链，”拜伦说。“我们希望能够解释各种聚合物中发生的事情，但如果你只能制造刚性链，那么你可以谈论的内容就会受到一定限制。”

现在他们可以创造通过可预测的行为，研究人员计划研究链条如何对随时间变化的磁场做出反应，以及链条在流体流动中的行为。