Een nieuwe theorie ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign zet ons huidige begrip van hoe geladen macromoleculen zichzelf assembleren op zijn kop. De theorie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, zou implicaties kunnen hebben voor het ontwerp van nieuwe materialen en voor het begrijpen van biologische processen.

Geladen macromoleculen zijn moleculen die een netto elektrische lading hebben. Wanneer deze moleculen in water worden opgelost, interageren ze met elkaar door middel van elektrostatische krachten. Deze krachten kunnen ervoor zorgen dat de moleculen zichzelf assembleren tot verschillende structuren, zoals kristallen, gels en membranen.

Het huidige begrip van hoe geladen macromoleculen zichzelf assembleren, is gebaseerd op de Debye-Hückel-theorie, die aan het begin van de 20e eeuw werd ontwikkeld. De Debye-Hückel-theorie voorspelt dat de elektrostatische interacties tussen geladen macromoleculen lange afstanden en afstotend zijn. Dit betekent dat de moleculen de neiging hebben om zo ver mogelijk uit elkaar te blijven, wat zal leiden tot de vorming van open, ongeordende structuren.

De nieuwe theorie, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Illinois, laat echter zien dat de elektrostatische interacties tussen geladen macromoleculen feitelijk op korte afstand en aantrekkelijk kunnen zijn. Dit betekent dat de moleculen de neiging hebben om samen te clusteren, wat zal leiden tot de vorming van compactere, geordende structuren.

De nieuwe theorie is gebaseerd op een combinatie van theoretische berekeningen en experimentele metingen. Uit de berekeningen blijkt dat de elektrostatische interacties tussen geladen macromoleculen worden beïnvloed door de grootte en vorm van de moleculen, maar ook door de zoutconcentratie in de oplossing. De experimentele metingen bevestigen dat de nieuwe theorie het zelfassemblagegedrag van geladen macromoleculen nauwkeurig kan voorspellen.

De nieuwe theorie zou implicaties kunnen hebben voor het ontwerp van nieuwe materialen. De theorie zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om nieuwe materialen te ontwerpen die sterker en beter geleidend zijn. De theorie zou ook kunnen worden gebruikt om biologische processen te begrijpen, zoals de vorming van celmembranen en de assemblage van virussen.

"Onze nieuwe theorie biedt een nieuwe manier om te begrijpen hoe geladen macromoleculen zichzelf assembleren", zegt onderzoeksleider professor Jianhua Xing. "Dit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe materialen en tot een beter begrip van biologische processen."