Institut für Biologische Informationsprozesse (IBI)

Theoretische Physik der Lebenden Materie (IBI-5/IAS-2)

Theoretische Vorhersage zu Ringpolymeren unter Scherung experimentell bestätigt

Jülich/Vienna/Illinois/San Diego,

20. November 2020

Das Phänomen "Vorticity Swelling" wurde 2018 mittels Computersimulationen von Wissenschaftlern der Universität Wien und des Forschungszentrums Jülich entdeckt. Es beschreibt ein Anschwellen von ringförmigen Polymeren, das unter Scherbelastung entsteht. Ein Experiment von US-Forschern der University of Illinois bestätigt nun, dass Vorticity Swelling in der Realität tatsächlich vorkommt: Ringe unter Scherbelastung verhalten sich genau wie in der Theorie vorhergesagt.

Theoretical Physics — Gemitteltes Flussfeld des simulierten Lösungsmittels in Fluss-Vortizitätsebene um das Polymer. Die Farbkodierung zeigt Beträge der Geschwindigkeiten an, während die Flusslinien Aufschluss über die Richtung geben. Gezeigt wird die typische Konfiguration eines Polymerrings, um die Position des Rings relativ zum Flussfeld zu verdeutlichen.

2018 hatten

PD

Dr. Marisol Ripoll vom Forschungszentrum Jülich und Maximilian Liebetreu und Prof. Dr. Christos Likos von der Universität Wien mittels Computersimulation entdeckt, 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 – die so genannte Vorticity-Richtung, die dem von ihnen entdeckten Phänomen einen Namen gibt: Vorticity Swelling. Das Phänomen war neu und unerwartet, die aus Theorie und Simulation gewonnenen Indizien jedoch aussagekräftig.

Sehr zur Freude von Marisol Ripoll und ihren Wiener Theoretiker-Kollegen bestätigten nun Experimentalphysikerinnen und -physiker der US-amerikanischen Universitäten Illinois und San Diego die theoretischen Ergebnisse.verwendeten die US-Forscher durch Fluoreszenz markierte DNA-Ringe und bauten einen maßgeschneiderten Scherströmungsapparat, um die Formen und Konformationen von Ringpolymeren unter Scherströmung im Detail zu analysieren. Einen ähnlichen Aufbau hatten die Forscher aus Jülich und Wien 2018 simuliert.

Originalveröffenlichungen:

M. Tu, M. Lee, R. M. Robertson-Anderson und C. M. Schroeder;
Direct Observation of Ring Polymer Dynamics in the Flow-Gradient Plane of Shear Flow;
Macromolecules (2020).

Maximilian Liebetreu, Marisol Ripoll und Christos N. Likos;
Trefoil Knot Hydrodynamic Delocalization on Sheared Ring Polymers;
ACS Macro Letters 2018

Weitere Informationen:

Pressemitteilung der Universität Wien

"Experimente bestätigen Theorie zu Ringpolymeren unter Scherung" vom 3.

November 2020

Nachricht der Fakultät für Physik der Universität Wien:

"Vorhersage von Wiener Theoretikern zu Ringpolymeren unter Scherung von US-Wissenschafter*innen experimentell bestätigt”

vom 3. November 2020

Meldung der Universität Wien „Locker oder fest: Wenn Knoten auf Polymerringen sitzen“ vom

26. März 2018