(PhysOrg.com) -- I fili di polimero si fanno strada attraverso pori di dimensioni nanometriche in una membrana per andare da qui a là e fare il loro lavoro. Una nuova ricerca teorica degli scienziati della Rice University quantifica con precisione la durata del viaggio.

È una buona cosa da sapere per gli scienziati che studiano il trasporto dell'RNA, DNA e proteine, che contano tutti come polimeri, o quelli che stanno sviluppando membrane da utilizzare nei biosensori o come dispositivi per la somministrazione di farmaci.

I ricercatori guidati da Anatoly Kolomeisky, professore associato di chimica e di ingegneria chimica e biomolecolare, hanno escogitato un metodo teorico per calcolare il tempo necessario ai polimeri a catena lunga per traslocare attraverso canali di dimensioni nanometriche nelle membrane, come quello che separa il nucleo di una cellula dal citoplasma circostante. Le molecole di RNA devono compiere questo viaggio intracellulare, così come le proteine ​​che passano attraverso la membrana esterna di una cellula per svolgere compiti nel corpo.

L'autore principale Kolomeisky ha riportato i risultati questo mese nel Giornale di Fisica Chimica . I coautori dello studio includono Aruna Mohan, un ex ricercatore associato alla Rice e ora ricercatore alla Exxon-Mobil, e Matteo Pasquali, professore di chimica e ingegneria biomolecolare e chimica.

Il team ha studiato la traslocazione di una lunga molecola polimerica, che assomiglia grosso modo a perline su un filo, attraverso due tipi di geometrie a nanopori:un cilindro e un composito a due cilindri che assomigliava a un grande tubo collegato a un piccolo tubo. Non sorprendentemente, hanno scoperto che un polimero passava più rapidamente quando entrava nel composito attraverso l'estremità larga.

"Supponiamo che il polimero sia relativamente grande rispetto alla dimensione del poro, che è realistico, "Kolomeisky ha detto del processo, che è come infilare una corda attraverso uno spioncino. "Un tipico filamento di DNA potrebbe essere lungo mille nanometri, e il poro potrebbe avere una lunghezza di pochi nanometri."

È noto da tempo che i polimeri non volano solo attraverso un poro, anche quando trovano l'apertura. Iniziano. Si fermano. Ricominciano. E una volta che l'estremità principale è entrata in un poro, può tornare indietro. I polimeri spesso vibrano avanti e indietro mentre avanzano attraverso un poro, riconfigurandosi costantemente.

"I teorici precedenti pensavano che non appena l'estremità principale avesse raggiunto il canale, l'intero polimero passerebbe attraverso, " ha detto. "Stiamo dicendo che va avanti e indietro molte volte prima che finalmente passi."

La chiave per una descrizione accurata della traslocazione del polimero con la precisione di una singola molecola è misurare le correnti elettriche che attraversano il poro. "Quando la corrente è alta, non c'è polimero nel canale. Quando la corrente è scesa, è nel poro e blocca il flusso, " Egli ha detto.

Gli esperimenti indicano che le tipiche molecole di DNA e RNA potrebbero passare attraverso una membrana in pochi millisecondi, a seconda della forza del campo elettrico che li guida. Ma anche quello, Egli ha detto, è molto più lungo di quanto i ricercatori pensassero in precedenza.

Kolomeisky ha affermato che il nuovo metodo funziona per i pori di qualsiasi geometria, se sono dritti, conici o costituiti da cilindri uniti di diverse dimensioni, come il canale biologico dell'emolisina che hanno simulato nella loro ricerca.

I calcoli si applicano ugualmente ai pori naturali o artificiali, che ha detto che sarebbe stato importante per gli scienziati che producono membrane per la somministrazione di farmaci, biosensori o processi di purificazione dell'acqua, o la ricerca di nuovi metodi per il sequenziamento del DNA.