Anschwellende Ringpolymere
Die Makromeleküle verhalten sich unter Scherbelastung genau wie theoretisch vorhergesagt.
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
