帯電した高分子は、正味の電荷を持つ分子です。これらの分子が水に溶解すると、静電力を介して互いに相互作用します。これらの力は、分子が結晶、ゲル、膜などのさまざまな構造に自己組織化される可能性があります。
帯電した高分子の自己組織化の現在の理解は、20世紀初頭に開発されたDebye-Hückel理論に基づいています。 Debye-Hückel理論は、帯電した高分子間の静電的相互作用が長距離で反発的であると予測しています。これは、分子が可能な限り互いに遠く離れている傾向があることを意味し、それが開いた、無秩序な構造の形成につながります。
しかし、イリノイ大学の研究者によって開発された新しい理論は、帯電した高分子間の静電的相互作用が実際に短距離で魅力的である可能性があることを示しています。これは、分子が一緒に集まる傾向があることを意味し、それがよりコンパクトな秩序化された構造の形成につながることを意味します。
新しい理論は、理論計算と実験測定の組み合わせに基づいています。計算は、荷電高分子間の静電相互作用が分子のサイズと形状、ならびに溶液中の塩の濃度によって影響を受けることを示しています。実験測定により、新しい理論が帯電した高分子の自己組織化挙動を正確に予測できることを確認します。
新しい理論は、新しい材料の設計に影響を与える可能性があります。たとえば、この理論は、より強く、より導電性の新しい材料を設計するために使用できます。この理論は、細胞膜の形成やウイルスの集合などの生物学的プロセスを理解するためにも使用できます。
「私たちの新しい理論は、帯電した高分子がどのように自己組織化するかを理解する新しい方法を提供します」と、研究指導者のJianhua Xing教授は述べました。 「これは、新しい材料の開発と生物学的プロセスのより良い理解につながる可能性があります。」
