KAUST ha sviluppato una tecnica che consente ai ricercatori di osservare il movimento delle singole molecole all'interno di un polimero:sfida l'attuale pensiero sulla fisica dei polimeri e potrebbe portare a nuovi materiali che possono essere adattati a compiti specifici.

I polimeri sono una famiglia ampia e diversificata di materiali che vanno dai materiali duri, plastica rigida a flessibile, gel elastici. A livello microscopico, i polimeri sono costituiti da molecole a catena lunga che sono aggrovigliate insieme come un piatto di spaghetti su scala nanometrica. Le proprietà di un materiale polimerico derivano dal modo in cui le sue catene polimeriche componenti si muovono e interagiscono tra loro. Fino ad ora, la capacità dei ricercatori di comprendere appieno le proprietà dei polimeri è stata ostacolata dall'impossibilità di osservare il movimento delle singole catene polimeriche.

Satoshi Habuchi e il suo team hanno superato questa limitazione utilizzando la microscopia a fluorescenza a super risoluzione. "L'imaging a fluorescenza è una tecnica eccellente per catturare il comportamento in tempo reale di sistemi dinamici, "dice Maram Abadi, un membro della squadra di Habuchi.

Per lo studio dei polimeri, Habuchi e il suo team hanno creato un polimero con etichette fluorescenti attaccate in diversi punti lungo la catena. Sebbene la risoluzione spaziale dell'imaging a fluorescenza convenzionale sia limitata a 200-300 nanometri, insufficiente per tracciare la dinamica della catena polimerica, l'imaging a fluorescenza a super risoluzione offre una risoluzione di 10-20 nanometri notevolmente più nitida. La super-risoluzione si ottiene catturando 10, 000 immagini di microscopia a fluorescenza separate in pochi secondi, e quindi utilizzando un computer per combinarli per generare un'unica immagine a super risoluzione. La tecnica è valsa ai suoi scopritori originali il Premio Nobel per la Chimica 2014.

Habuchi e il suo team hanno combinato questa tecnica con un algoritmo di tracciamento a singola molecola che hanno sviluppato di recente. "Ha fornito un potente strumento per studiare la dinamica dei polimeri entangled a livello di singola molecola, dice Abadi.

Lo strumento ha mostrato che la dinamica dei polimeri è più complessa di quanto si pensasse in precedenza. La dinamica dei polimeri è stata modellata utilizzando la teoria della reptazione in cui si considera che l'intera catena polimerica si muova come una singola unità, simile a un serpente, il che spiega la derivazione del termine dalla parola rettile. La microscopia fluorescente a super risoluzione rivela che il polimero subisce effettivamente un movimento dipendente dalla posizione della catena, con la maggior parte del movimento che si verifica alle estremità della catena e il minimo movimento che si verifica nel mezzo.

Questa scoperta mostra che la teoria della fisica dei polimeri dovrà essere rivista, dice Abadi. "Poiché le proprietà reologiche dei materiali derivano microscopicamente dalla dinamica dei polimeri entangled, una revisione della teoria della reptation avrebbe un ampio impatto non solo sulla fisica dei polimeri fondamentali, ma anche sullo sviluppo di un'ampia gamma di nanomateriali polimerici, " lei dice.

Il team ora prevede di applicare la sua tecnica a sistemi più complessi, compresi gel polimerici e reti di biomolecole all'interno delle cellule.