(PhysOrg.com) -- Theo Odijk, du vinner. Professorn i bioteknik vid Delft University of Technology i Nederländerna har en ny bästa vän i Rice Universitys Matteo Pasquali.

Tillsammans med medarbetare vid det franska nationella centret för vetenskaplig forskning (CNRS), universitetet i Bordeaux, Frankrike, och Vrije universitet, Amsterdam, Rice-professorn och hans team har avgjort en långvarig kontrovers inom polymerdynamik:Forskarna bevisade en gång för alla att Odijk hade rätt i att proklamera att lite flexibilitet räcker långt för styva filament i en lösning.

Studien i det aktuella numret av tidskriften Vetenskap visar att även en liten förmåga att böja ger nanorör och andra små, styva filament sättet att navigera genom trånga miljöer, eller till och med sådana fasta nätverk som cellmatriser.

Verket av Pasquali, en professor i kemi och biomolekylär teknik och i kemi, kan leda till nya sätt att påverka rörelsen hos små trådar genom att skräddarsy deras styvhet för en given miljö.

Nanorör studeras för potentiell användning i alla typer av avkänning, även inom de till synes olika områdena biologiska tillämpningar och oljeprospektering. I båda, förmågan hos nanorör och andra fina, filamentösa partiklar att röra sig genom sina miljöer är avgörande, sa Pasquali.

Förstå rörelsen hos en singel, flexibel polymerkedja i ett nätverk har varit nyckeln till vetenskapliga framsteg av Odijk och andra om, till exempel, DNA:s beteende. Risforskarna förväntar sig att deras avslöjande inte kommer att ha mindre inverkan.

Pasquali och huvudförfattaren Nikta Fakhri, en före detta doktorand vid Rice som nu gör postdoktoral forskning vid universitetet i Göttingen, Tyskland, satte sig för att bryta de låsta teorierna av Odijk och två andra vetenskapsmän som var oense om den Brownska rörelsen av styva filament i en trång miljö, och om styvheten i sig spelade någon roll.

"Det finns en långvarig, grundläggande fråga:Hur rör sig detta trådlika föremål när det blir trångt? Det kan vara trångt eftersom det är i en gel, eller för att det finns många trådliknande föremål med det -- som för det ena föremålet ser ut som en gel, " han sa.

Trängsel begränsar en filaments förmåga att resa. Tänk på att försöka ta dig från baksidan till framsidan av en fullsatt buss; det krävs ett visst mått av smidighet för att väva dig igenom de packade kropparna. "Det visar sig att med lite flexibilitet, ett glödtråd kan utforska utrymmet runt det mycket mer effektivt, sa Pasquali.

Det blir viktigt när målet är att få filament att hitta och komma in i en cellulär por för att leverera en dos medicin eller att fungera som en fluorescerande sensor.

"Om du tittar på människokroppen, de säger att vi är gjorda av 60 procent vatten, men vi slarvar inte runt, " Pasquali förklarade. "Det beror på att vattnet är fångat i porerna. Nästan allt vatten i vår kropp finns i gelliknande strukturer:inuti våra celler, som är laddade med filamentösa nätverk, eller i interstitiell vätska som omger dessa celler. Vi är en stor, squishy, poröst medium. Vi måste förstå hur nanopartiklarna rör sig i detta medium."

Pasquali och Fakhri efterliknade biologiska nätverk genom att använda olika koncentrationer av agarosgel, ett poröst material som ofta används som filter inom biokemi och molekylärbiologi för DNA och proteiner. Gelén bildar en matris av kontrollerbar storlek genom vilken molekyler kan röra sig.

Nanorör fungerade som en stand-in för alla typer av filament, om än en vars stelhet kan kontrolleras. Som ett PVC-rör i makrovärlden, nanorör blir styvare när de blir tjockare; men även de styvare rören kan böjas lite med längden, och dessa rör var tusentals gånger längre än de var breda.

Studien startade något oväntat när medförfattaren Laurent Cognet, en forskare vid CNRS och University of Bordeaux, försökte immobilisera nanorör i agarosgeler. Han märkte i ett misslyckat experiment att nanorören rörde sig på ett "roligt sätt" och diskuterade det med Pasquali.

Pasquali frågade om nanorören repterade - forskarspråk för en ormliknande rörelse - och Cognet sa ja. Fakhri, som studerade nanorörens dynamik, reste till Bordeaux-laboratoriet i Cognet och medförfattaren Brahim Lounis för att ta bilder av nanorören i rörelse.

De resulterande spektroskopiska och direkta stillbilderna och videobilderna av 35 fluorescerande enkelväggiga nanorör visade att de slingrade sig genom gelén, sondera porer och banor. Nanorören, som alla filament, lydde reglerna för termisk inducerad Brownsk rörelse; de knuffades och drogs av de ständigt föränderliga tillstånden hos molekylerna runt dem.

Forskningen visade att flexibilitet avsevärt förbättrar nanorörens förmåga att navigera runt hinder och påskyndar deras utforskning.

Pasquali sa att Fakhri envist fortsatte sin analys av nanorörens rörelse genom datoriserad bildigenkänning och rörelsespårning, samt gammaldags dynamisk analys av penna och papper. Han sa att hans mångåriga medarbetare, medförfattare Frederick MacKintosh, en teoretisk fysiker vid Vrije universitet, var en oerhörd hjälp. MacKintosh har studerat dynamiken i biologiska nätverk i nästan två decennier.

Pasquali har för avsikt att ersätta gelén med riktiga stenar för att se hur nanorör, som kan användas som oljedetekterande sensorer, röra sig i en mer strukturerad miljö. "Stenar kan vara lite mer komplicerade, " sa han. "Frågan här är, vad kan nanorör göra bättre än nanopartiklar? Svaret kan vara att smala nanorör kan interagera med elektromagnetiska fält starkare än andra nanopartiklar av samma volym."