Alla SISSA si mettono a punto metodologie numeriche veloci ed efficienti per studiare il comportamento di molecole e materiali. L’ultimo lavoro di Angelo Rosa, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, ha simulato il comportamento di soluzioni concentrate di polimeri “circolari” descrivendo in modo molto più accurato che in precedenza il comportamento di questi materiali. L’interesse per questo tipo di sistemi deriva dal fatto che ha importanti ricadute interdisciplinari: infatti, il comportamento in soluzione di polimeri circolari sembra anche descrivere il funzionamento dei cromosomi all’interno del nucleo cellulare.
Lo studio sperimentale e numerico sul comportamento di polimeri in soluzioni concentrate è un campo di ricerca tuttora molto attivo. Nel passato, ha permesso per esempio di scoprire perché materiali come la gomma hanno certe proprietà elastiche. Un tratto distintivo di questi sistemi, è la caratteristica per cui le lunghe molecole “a catena” di cui sono costituiti tendono a penetrarsi vicendevolmente e intrecciarsi agli estremi con legami molto duraturi che le fanno tornare sempre alla conformazione iniziale se “tirate”.
In modo molto diverso si comportano invece le soluzioni condensate di polimeri “circolari”, polimeri cioè chiusi alle estremità come anelli, e che non possiedono terminazioni libere. Angelo Rosa, fisico teorico della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste e Ralf Everaers della Scuola Normale Superiore di Lione, hanno ideato un metodo numerico molto efficiente per studiare questi materiali, che in futuro contano di applicare in biologia.
“I polimeri circolari – per costruzione – non hanno terminazioni libere, e pertanto in soluzione non possono intrecciarsi e formare legami come nel caso più comune dei polimeri lineari”, spiega Rosa. “Questo determina un comportamento che si differenzia notevolmente dai polimeri lineari. Volevamo quindi conoscere la fisica di queste soluzioni cosi particolari e abbiamo costruito dei modelli di polimeri circolari, che ci permettono di prevedere il loro comportamento. Abbiamo poi confrontato questi nostri modelli con altre simulazioni precedenti condotte con metodologie diverse, trovando conferma ai nostri dati”.
“La cosa davvero interessante del nostro studio è che riduce notevolmente i tempi di analisi, si tratta quindi di una metodologia molto efficiente“, aggiunge il ricercatore. “Abbiamo osservato che rispetto alle soluzioni dense di polimeri lineari, che costituiscono la base dei più comuni materiali visco-elastici come la gomma questi materiali sono molto più fragili, perché il polimero ad anello si intreccia molto poco con altri e resta “topologicamente” confinato sempre all’interno di una regione ristretta”.
Rosa e Everaers precisano che ora continueranno a sviluppare la loro ricerca nel campo della biologia. “Pensiamo che i nostri modelli di polimeri circolari siano utili per capire il cromosoma disciolto nel nucleo cellulare”, racconta Rosa. “Anche se il cromosoma non è un polimero circolare si comporta infatti in maniera simile, dato che resta a lungo topologicamente isolato dagli altri cromosomi disciolti nel citoplasma”.
