بینش جدید بر رفتار مانیکی پلیمرها از طریق کشش

همکاری علمی محققان دانشکده فیزیک دانشگاه بازل در کالج‌های برلین و مادرید منجر به جدایش زنجیرهای مولکولی از سطح طلا با استفاده از تیپ میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) گردیده است. سیگنال‌های مشاهده شده منجر به درک دقیق نیروهای جدا کننده و انرژی چسبندگی گردید. نتایج این مطالعه در مجله علمی مشهور PNAS منتشر شده است.

میکروسکوپ نیروی اتمی روشی است که معمولا در تصویربرداری وضوح بالا از سطوح مواد بکار می‌رود. از نوک تیز میکروسکوپ جهت روبش خط به خط سطح استفاده می شود بطوریکه از وضوح بسیار بالای تصاویر می‌توان برای مشاهده تک اتم‌ها استفاده کرد. در تعریف این روش، پروفسور ارنست از دانشکده فیزیک دانشگاه بازل آن را معادل با روبش سطح توپ تنیس با استفاده از قله کوه Matterhorn دانستند. اکنون، دانشمندان می‌توانند رفتار مکانیکی تک پلیمر جدا شده از سطح را بررسی نمایند.
محققان با استفاده از تیپ AFM، تک زنجیر پلیمر را از سطح طلا جدا کردند. بدلیل برهمکنش بسیار ضعیف سطح- مولکول هر اتصال زنجیری براحتی در طول کشش جدا می‌گردد. بنابراین، می‌توان کل زنجیر را به صورت عمود بر سطح از آن جدا کرد. با تحلیل نوسانات مشاهده شده، محققان توانستند انرژی چسبندگی هر واحد مولکولی را محاسبه نمایند.
بعلاوه، آزمایشات نشان دادند که برای جدا کردن زنجیرهای پلیمری لزومی بر وجود نیروی جانبی نیست. این رفتار بدون اصطکاک که در جدا کردن مولکول‌های روی سطح طلا تایید گردید، پیشتر، با مدل‌های تئوری پیش‌بینی شده بود. تاکنون، رفتار مکانیکی پلیمر حین جدایش از سطح با وضوح اتمی بررسی نشده بود. یافته‌ها و محاسبات این گروهتحقیقاتی برای اولین بار جزئیاتی از این بینش را در مقاله مرتبط ارائه کرده است.
نتایج این بررسی‌ها نه تنها در زمینه فیزیک، بلکه در شیمی و بیولوژی نیز جذاب و کاربردی می‌باشد. دلیل این گستردگی کاربرد به امکان چایگزینی مولکول‌های بیولوژیک بجای زنجیرهای پلیمری است. تاکنون، بینش‌های با ارزشی در رابطه با تاخوردگی و باز شدن زنجیرهای پروتئین و DNA بدست آمده است. بعلاوه، واکنش‌های شیمیایی زیر واحدهای بیو پلیمری کوچک یا زنجیر پلیمرهای پیچیده تحت تاثیر نیروهای کشش و نانوذرات کاتالیستی نیز می‌تواند با این روش جدید بررسی گردد.