Övergång mellan spole och kula
Inom polymerfysik är övergången mellan spole och klot kollapsen av en makromolekyl från ett expanderat spoltillstånd genom ett idealiskt spoltillstånd till ett kollapsat klottillstånd, eller vice versa. Övergången mellan spole och kula är av betydelse inom biologin på grund av närvaron av spiral-kula övergångar i biologiska makromolekyler som proteiner och DNA . Det är också analogt med svällningsbeteendet hos en tvärbunden polymergel och är sålunda av intresse inom biomedicinsk teknik för kontrollerad läkemedelstillförsel. Ett särskilt framträdande exempel på en polymer som har en spiral-kuleövergång av intresse inom detta område är poly(N-isopropylakrylamid) (PNIPAAm).
Beskrivning
I dess spoltillstånd skalar makromolekylens gyrationsradie som dess kedjelängd till tre femtedelars potens. När den passerar genom övergången mellan spole och kula, övergår den till skalning som kedjelängd till halva potensen (vid övergången) och slutligen till en tredje potens i kollapsat tillstånd. Riktningen på övergången specificeras ofta av konstruktionerna 'spole-till-klot' eller 'klot-till-spole'-övergång.
Ursprung
Denna övergång är associerad med övergången av en polymerkedja från bra lösningsmedelsbeteende genom idealiskt eller theta lösningsmedelsbeteende till dåligt lösningsmedelsbeteende. Den kanoniska övergången mellan spole och kula är associerad med den övre kritiska lösningstemperaturen och den tillhörande Flory theta-punkten. I detta fall inträffar kollaps med kylning och är resultatet av gynnsam attraktiv energi hos polymeren för sig själv. En andra typ av övergång mellan spole och kula är istället associerad med den lägre kritiska lösningstemperaturen och dess motsvarande tetapunkt. Denna kollaps inträffar med ökande temperatur och drivs av en ogynnsam entropi av blandning. Ett exempel av denna typ utgörs av polymeren PNIPAAM, som nämnts ovan. Spolkulaövergångar kan också drivas av laddningseffekter, i fallet med polyelektrolyter . I detta fall kan förändringar av pH och jonstyrka inuti lösningen utlösa kollaps, med ökande motjonkoncentration som i allmänhet leder till kollaps i en likformigt laddad polyelektrolyt. I polyamfolyter som innehåller både positiva och negativa laddningar kan motsatsen gälla.