Anschwellende Ringpolymere

Forscher der Uni Wien stießen 2018 bei Simula­tionen und theoretischen Über­legungen auf das „Vorticity Swelling“, ein Anschwellen von Ring­polymeren unter Scher­belastung. Ein Experiment von Wissen­schaftlern der University of Illinois bestätigt jetzt, dass dieses Vorticity Swelling in der Realität tatsächlich vorkommt: Ringe unter Scher­belastung verhalten sich genau wie von der Theorie vorher­gesagt.

Christos Likos, Marisol Ripoll und Maxi­milian Liebetreu entdeckten 2018, dass bei der Scher­belastung von Ring­polymeren der Rück­fluss des Lösungs­mittels und die Ring­topo­logie zu einem bis dahin nicht fest­ge­stellten und von keinen anderen Polymeren bekannten Polymer­verhalten führen: Ein Anschwellen des Rings in der Richtung senkrecht sowohl zum Strömungs- als auch zum Geschwindig­keits­gradienten – also die Vorticity-Richtung, die dem Phänomen ihren Namen gibt. Das Phänomen war neu und unerwartet, die aus Theorie und Simulation gewonnenen Indizien jedoch aussage­kräftig. Was fehlte, war bislang ein experi­men­teller Nachweis.

Den erbrachten jetzt Charles Schroeder und seine Kollegen. Das Team verwendete durch Fluores­zenz markierte DNA-Ringe und baute einen maß­ge­schneiderten Scher­strömungs­apparat, um die Formen und Konfor­ma­tionen von Ring­polymeren unter Scher­strömung im Detail zu analy­sieren – genau denselben Aufbau, den die Theoretiker der Uni Wien zwei Jahre zuvor simuliert hatten. Und das Experiment bestätigte tatsächlich das theoretisch vorher­gesagt Anschwellen der Ring­polymere.

Liebetreu und Likos gingen inzwischen noch weiter und sagten eine Phase der vollen Dehnung des Rings bei Scher­geschwindig­keiten voraus, die noch höher sind als die experi­mentell getesteten – ein Phänomen, das als hydro­dynamische Inflation bezeichnet wird. Ob auch dieses experi­mentell bestätigt wird, ist im Moment noch offen.

U. Wien / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichungen
  M. Liebetreu & C. N. Likos: Hydrodynamic inflation of ring polymers under shear, Commun. Mat. 1, 4 (2020); DOI: 10.1038/s43246-019-0006-5
  M. Tu, M. Lee, R. M. Robertson-Anderson & C. M. Schroeder: Direct Observation of Ring Polymer Dynamics in the Flow-Gradient Plane of Shear Flow, Macromolecules 53, 9406 (2020); DOI: 10.1021/acs.macromol.0c01362
• Soft Matter Theory and Simulation (C. Likos), Computergestützte Physik und Physik der weichen Materie, Universität Wien
• Dptm. of Materials Science and Engineering, University of Illinois at Urbana−Champaign, Urbana, USA