微米和纳米科技材料

如何分离线性纳米粒子和环形纳米粒子

具有纯粹的数学属性的线性或圆形,可能在材料世界中产生截然不同的结果。由于环状分子缺乏任何可能成为降解的起点的端点,因此它们更具抗性且缠结更少。得益于环状分子的这种独特性质的本质提高了DNA和RNA对降解的抵御能力。

拓扑学不仅在生物学中发挥作用,而且在分子失去平衡时也起作用,在制作线性和环状分子的混合物时,它们的流动方式不同。

这种流动的差异可以用意大利面条作为线性分子的类比来解释,并将其中的一部分作为流动的类比:线状面条虽然在流动方向上伸长,但仍然缠绕在一起。

如何分离线性纳米粒子和环形纳米粒子

管道中垂直于流向的视角。流体和流动轮廓由蓝色背景和矢量图形表示。(图片来源:Lisa Weiss)

想象一下,我们现在搅拌两端粘在一起的环状意大利面,:与线状意大利面条相比,圆形意大利面在流动方向上更容易定位,并且环的缠结更少,使搅拌更容易。

尽管如此,将一锅中的线状和环状意大利面混合物分离成两个高纯度的分离的体系是一个具有挑战性的任务,因为构成两种面条的分子结构单元完全相同。两种面条的拓扑结构都是由同一种面团制成的。单调乏味地,我们必须一个接一个地挑选,以区分它是一个线状意大利面条还是一个环形的面条。

这样的过程在微观上是不可能的,因此阻碍了基于不同拓扑的新材料的开发以及生物系统拓扑的分析。因此,我们需要新的高效的分离技术。

如何分离线性纳米粒子和环形纳米粒子

各个绿点表示通道中的吸引点,环表示为红色,线形表示蓝色。箭头表示环的滚动运动。(图片来源:Lisa Weiss)

维也纳大学和美因茨大学的研究人员们开发了一种自动化策略,该策略能够可靠地将环状分子与线性分子分离(ACS Macro Letters,“Topology-Sensitive Microfluidic Filter for Polymers of Varying Stiffness”)。

使用计算机模拟,他们证明了带有引人注目的点的微流体通道的有效性。这些点同样强烈地吸引线性和环状分子的分子构建块。

维也纳大学计算物理小组的Lisa Weiss解释说,线性链固定在这些点上,而环状分子可以沿着它们滚动,这种滚动运动只能用于封闭轮廓线的拓扑。

为了净化卡住的链的过滤器,通道用链的非溶剂(即分子不能被溶解的溶剂,例如油中的水)冲洗。因此,链破碎并分离,随后,流体带走链,过滤器是干净的。

原文链接:

httpss://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=48830.php

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