Quelle est la différence entre les chaînes linéaires et les anneaux composés du même matériau ? Les briques moléculaires sont identiques, mais d'un point de vue mathématique, les deux structures ont des topologies distinctes, anneau et chaîne linéaire. Cette différence est facilement reconnaissable à l'échelle macroscopique, comme, par exemple, un anneau d'or et un lingot d'or, mais représente une tâche délicate à l'échelle microscopique. Les physiciens Lisa Weiss et Christos Likos de l'Université de Vienne et Arash Nikoubashman de l'Université Johannes-Gutenberg de Mayence ont étudié des stratégies pour séparer les nano- et microparticules de topologie distincte. Leurs résultats sont publiés dans la revue à fort impact Lettres de macro ACS .
La propriété purement mathématique – linéaire ou circulaire – peut avoir de graves conséquences dans le monde des matériaux. Étant donné que les molécules circulaires n'ont aucune extrémité qui pourrait servir de point de départ à la dégradation, ils sont plus résistants et moins enchevêtrés. La nature profite de cette propriété unique des molécules circulaires pour augmenter la résilience de l'ADN et de l'ARN contre la dégradation. La topologie joue un rôle lorsque les molécules sortent de l'équilibre :les molécules linéaires et annulaires s'écoulent différemment, ainsi que leurs mélanges.
Cette différence de flux peut être expliquée en utilisant des spaghettis comme analogie pour les molécules linéaires et en remuant un pot d'entre elles comme analogie pour le flux :les nouilles simples s'allongent dans le sens du flux, bien qu'ils soient toujours enchevêtrés. Lorsque vous remuez des pâtes en forme d'anneau, il s'oriente plus facilement dans le sens de l'écoulement par rapport aux spaghettis linéaires, et les anneaux sont moins enchevêtrés, facilitant l'agitation.
Néanmoins, séparer un mélange de pâtes linéaires et en forme d'anneau dans un pot en deux systèmes séparés de haute pureté est une tâche difficile, puisque les blocs de construction moléculaires sont exactement les mêmes. Il faut trier à la main. Un tel processus est impossible à l'échelle microscopique; Par conséquent, le développement de nouveaux matériaux basés sur des topologies différentes est entravé, de même que l'analyse de la topologie dans les systèmes biologiques. Par conséquent, nous avons besoin de technologies de séparation nouvelles et efficaces.
Des chercheurs de l'Université de Vienne et de l'Université Johannes-Gutenberg de Mayence ont développé une stratégie automatisée pour séparer de manière fiable les molécules circulaires de leurs homologues linéaires. À l'aide de simulations informatiques, ils ont prouvé l'efficacité des canaux microfluidiques ornés de spots attractifs. Ces taches attirent également fortement les éléments constitutifs moléculaires des molécules linéaires et annulaires. Lisa Weiss du Computational Physics Group de l'Université de Vienne explique que les chaînes linéaires sont immobilisées sur ces points, alors que les molécules en anneau peuvent rouler le long d'eux. Ce mouvement de roulement n'est possible que pour les topologies avec des lignes de contour fermées. Pour purifier le filtre des chaînes coincées, le canal est rincé avec un non-solvant pour les chaînes, c'est à dire., un solvant dans lequel les molécules ne peuvent pas se dissoudre - comme, par exemple, huile dans l'eau. Par conséquent, les chaînes s'effritent et se détachent, et par la suite, le flux emporte les chaînes et le filtre est propre.
