Laddade makromolekyler är molekyler som har en elektrisk nettoladdning. När dessa molekyler löses i vatten interagerar de med varandra genom elektrostatiska krafter. Dessa krafter kan få molekylerna att självmontera till en mängd olika strukturer, såsom kristaller, geler och membran.
Den nuvarande förståelsen av hur laddade makromolekyler sätter sig själv bygger på Debye-Hückel-teorin, som utvecklades i början av 1900-talet. Debye-Hückel-teorin förutspår att de elektrostatiska interaktionerna mellan laddade makromolekyler är långväga och frånstötande. Detta innebär att molekylerna tenderar att hålla sig så långt borta från varandra som möjligt, vilket leder till att öppna, oordnade strukturer bildas.
Den nya teorin som utvecklats av University of Illinois-forskare visar dock att de elektrostatiska interaktionerna mellan laddade makromolekyler faktiskt kan vara korta och attraktiva. Detta innebär att molekylerna tenderar att klunga ihop sig, vilket kommer att leda till bildandet av mer kompakta, ordnade strukturer.
Den nya teorin bygger på en kombination av teoretiska beräkningar och experimentella mätningar. Beräkningarna visar att de elektrostatiska interaktionerna mellan laddade makromolekyler påverkas av molekylernas storlek och form, samt av koncentrationen av salt i lösningen. De experimentella mätningarna bekräftar att den nya teorin exakt kan förutsäga självmonteringsbeteendet hos laddade makromolekyler.
Den nya teorin kan få konsekvenser för utformningen av nya material. Teorin skulle till exempel kunna användas för att designa nya material som är starkare och mer ledande. Teorin skulle också kunna användas för att förstå biologiska processer, såsom bildandet av cellmembran och montering av virus.
"Vår nya teori ger ett nytt sätt att förstå hur laddade makromolekyler sätter sig själv", säger studieledaren professor Jianhua Xing. "Detta kan leda till utveckling av nya material och till en bättre förståelse av biologiska processer."
