(PhysOrg.com) -- Theo Odijk, jij wint. De hoogleraar biotechnologie aan de Technische Universiteit Delft in Nederland heeft een nieuwe beste vriend in Matteo Pasquali van Rice University.

Samen met medewerkers van het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek (CNRS), de universiteit van Bordeaux, Frankrijk, en Vrije Universiteit, Amsterdam, de Rice-professor en zijn team hebben een langdurige controverse op het gebied van polymeerdynamica bijgelegd:de onderzoekers bewezen eens en voor altijd dat Odijk gelijk had door te beweren dat een beetje flexibiliteit een lange weg gaat voor stijve filamenten in een oplossing.

De studie in het huidige nummer van het tijdschrift Wetenschap laat zien dat zelfs een klein vermogen om te buigen nanobuisjes en andere kleine, stijve filamenten de middelen om door drukke omgevingen te navigeren, of zelfs vaste netwerken als celmatrices.

Het werk van Pasquali, een professor in chemische en biomoleculaire engineering en in de chemie, kan leiden tot nieuwe manieren om de beweging van kleine filamenten te beïnvloeden door hun stijfheid af te stemmen op een bepaalde omgeving.

Nanobuisjes worden bestudeerd voor mogelijk gebruik in allerlei soorten detectie, zelfs op de schijnbaar ongelijksoortige gebieden van biologische toepassingen en olie-exploratie. In beide, het vermogen van nanobuisjes en andere fijne, filamenteuze deeltjes om door hun omgeving te bewegen is van cruciaal belang, zei Pasquali.

De beweging van een enkele begrijpen, flexibele polymeerketen in een netwerk is de sleutel geweest tot wetenschappelijke vooruitgang door Odijk en anderen op, bijvoorbeeld, het gedrag van DNA. De Rice-onderzoekers verwachten dat hun onthulling niet minder impact zal hebben.

Pasquali en hoofdauteur Nikta Fakhri, een voormalig afgestudeerde student aan Rice die nu postdoctoraal onderzoek doet aan de Universiteit van Göttingen, Duitsland, uiteengezet om de vastgelopen theorieën te doorbreken van Odijk en twee andere wetenschappers die het oneens waren over de Brownse beweging van stijve filamenten in een drukke omgeving, en of stijfheid zelf een rol speelde.

"Er is al lang fundamentele vraag:hoe beweegt dit draadachtige object als het druk wordt? Het kan druk zijn omdat het in een gel zit, of omdat er veel draadachtige objecten bij zijn -- die voor dat ene object op een gel lijken, " hij zei.

Crowding beperkt het vermogen van een filament om te reizen. Denk aan proberen om van de achterkant naar de voorkant van een overvolle bus te komen; er is een zekere behendigheid voor nodig om je een weg te banen door de opeengepakte lichamen. "Het blijkt dat met een beetje flexibiliteit, een filament kan de ruimte eromheen veel effectiever verkennen, ' zei Pasquali.

Dat wordt belangrijk wanneer het doel is om filamenten een cellulaire porie te laten vinden en binnen te gaan om een ​​dosis medicatie af te geven of als een fluorescerende sensor te fungeren.

"Als je naar het menselijk lichaam kijkt, ze zeggen dat we voor 60 procent uit water bestaan, maar we klotsen niet rond, " legde Pasquali uit. "Dat komt omdat het water vastzit in de poriën. Bijna al het water in ons lichaam is in gelachtige structuren:in onze cellen, die beladen zijn met filamenteuze netwerken, of in de interstitiële vloeistof die deze cellen omringt. Wij zijn een grote, zacht, poreus medium. We moeten begrijpen hoe de nanodeeltjes in dit medium bewegen."

Pasquali en Fakhri bootsten biologische netwerken na door verschillende concentraties agarosegel te gebruiken, een poreus materiaal dat vaak wordt gebruikt als filter in de biochemie en moleculaire biologie voor DNA en eiwitten. De gel vormt een matrix van regelbare grootte waardoor moleculen kunnen bewegen.

Nanobuisjes dienden als vervanging voor elk type filament, zij het een waarvan de stijfheid kan worden gecontroleerd. Als een PVC-buis in de macrowereld, nanobuisjes worden stijver naarmate ze dikker worden; maar zelfs de stijfste buizen kunnen een beetje buigen met de lengte, en deze buizen waren duizenden keren langer dan breed.

De studie begon enigszins toevallig toen co-auteur Laurent Cognet, een onderzoeker bij CNRS en de Universiteit van Bordeaux, geprobeerd om nanobuisjes in agarosegels te immobiliseren. Hij merkte in een mislukt experiment dat de nanobuisjes op een "grappige manier" bewogen en besprak het met Pasquali.

Pasquali vroeg of de nanobuisjes aan het repeteren waren - wetenschappelijk jargon voor een slangachtige beweging - en Cognet zei ja. Fakhri, die de dynamiek van nanobuisjes bestudeerde, reisde naar het Bordeaux-laboratorium van Cognet en co-auteur Brahim Lounis om beelden van de bewegende nanobuisjes vast te leggen.

De resulterende spectroscopische en directe stilstaande en videobeelden van 35 fluorescerende enkelwandige nanobuisjes lieten zien dat ze door de gel kronkelden, indringende poriën en paden. De nanobuisjes, zoals alle filamenten, gehoorzaamde aan de regels van thermisch geïnduceerde Brownse beweging; ze werden geduwd en getrokken door de steeds veranderende toestanden van de moleculen om hen heen.

Het onderzoek toonde aan dat flexibiliteit het vermogen van de nanobuisjes om rond obstakels te navigeren aanzienlijk verbetert en hun verkenning versnelt.

Pasquali zei dat Fakhri hardnekkig haar analyse van de beweging van de nanobuisjes voortzette door middel van geautomatiseerde beeldherkenning en bewegingsregistratie. evenals ouderwetse dynamische analyse van potlood en papier. Hij zei dat zijn oude medewerker, co-auteur Frederick MacKintosh, een theoretisch natuurkundige aan de Vrije Universiteit, was een geweldige hulp. MacKintosh bestudeert al bijna twee decennia de dynamiek van biologische netwerken.

Pasquali is van plan de gel te vervangen door echte stenen om te zien hoe nanobuisjes, die kunnen worden gebruikt als oliedetectiesensoren, bewegen in een meer gestructureerde omgeving. "Rotsen kunnen een beetje ingewikkelder zijn, "zei hij. "De vraag is hier, wat kunnen nanobuisjes beter dan nanodeeltjes? Het antwoord zou kunnen zijn dat slanke nanobuisjes sterker kunnen interageren met elektromagnetische velden dan andere nanodeeltjes van hetzelfde volume."