Geometría y topología de materiales con moléculas enredadas: Un estudio experimental utilizando tomografía de rayos X de bandas elásticas

GÓMEZ, LEOPOLDO R.

Bahia Blanca

Jornada; IX Jornadas Abiertas de Física; 2018

Dpto de Fisica - Univ. Nac. del Sur

Los polímeros anillo (ring polymers) son materiales macromoleculares formados por moléculas lineales largas que se encuentran unidas en sus extremos. En fundidos, o soluciones concentradas, estos materiales se encuentran formados por conglomerados de estos anillos, pudiendo estar altamente entrelazados entre sí. Si bien la síntesis precisa de este tipo de moléculas es relativamente reciente(2008), estos sistemas aparecen naturalmente en sistemas biológicos, siendo el empaquetamiento compacto del ADN circular en células procariotas el ejemplo más conocido. Actualmente es muy poco lo que se sabe sobre la estructura y dinámica de estos sistemas, fundamentalmente porque el carácter cíclico de las moléculas no permite la difusión de las mismas con mecanismos similares a los de polímeros lineales (reptación). En este trabajo se modelan las propiedades estructurales de polímeros anillo y ADN circular, utilizando tomografías de rayos X de empaquetamientos compactos de bandas elásticas de distintos tamaños. Una vez obtenida la tomografía de un ensamble de bandas, el análisis de la estructuracomienza por la identificación de cada una de las bandas elásticas (ver figura). Esto no sólo permite estudiar en detalle las propiedades geométricas de las conformaciones de cada banda, sino también la forma en bandas elásticas se entrelazan con otras. Las tomografías muestran que cuando las bandas elásticas son muy cortas casi no hay entrelazamiento entre las mismas, y el sistema tiene un orden tipo discótico (cristal-líquido), con correlaciones orientacionales de corto alcance. A medida que la longitud de las bandas crece, el confinamiento producido por el contenedor fuerza configuraciones más plegadas, con lo que el sistema se comienza a enredar. Notablemente, para bandas elásticas largascuyo diámetro es aproximadamente 3 veces el diámetro del contenedor, se encuentra que todas las bandas se encuentran entrelazadas entre sí. Interesantemente, este tipo de sistemas desordenados y altamente entrelazados no puede ser descrito por ninguna de las teorías actuales de dinámica de polímeros.