Synopsis: Why Heat Moves Molecules

Synopsis: Why Heat Moves Molecules in Solution

Synopsis Image
M. Reichl et al., Phys. Rev. Lett. (2014)
Why Charged Molecules Move Across a Temperature Gradient: The Role of Electric Fields
Maren Reichl, Mario Herzog, Alexandra Götz, and Dieter Braun
Phys. Rev. Lett. 112, 198101 (2014)
Published May 13, 2014
Charged molecules in water move from warmer to colder regions, an effect called thermophoresis that is part of a technique that allows researchers to monitor the binding of candidate drugs to proteins. Despite the technique’s popularity, no one has come up with a complete theory of thermophoresis. Now, Dieter Braun of the Ludwig Maximilian University of Munich, Germany, and colleagues have developed a theory that includes previously neglected contributions to the effect, as they report in Physical Review Letters.

The new theory builds on the so-called capacitor model, previously developed by Braun and other colleagues, in which a charged macromolecule such as a wadded-up DNA strand acts like a spherical capacitor that drifts toward cooler regions to reduce its electric field energy. But the capacitor model alone could not account for some experiments. Braun and his colleagues have now added three additional contributions to their thermophoresis theory and tested it under a wider range of conditions. The first new contribution results from a difference in the temperature-induced motions of positive and negative ions in the solution, which leads to a charge imbalance that generates a weak electric field. The second contribution represents the weak dependence of the diffusion constant on temperature, and the third contribution comprises various non-ionic effects, which the researchers model with a simple empirical formula.

The team measured thermophoresis of fluorescently labeled DNA and RNA strands of various lengths and with a range of ions in the solution. Their model correctly predicted the temperature and concentration dependence of the effect, including nontrivial phenomena, such as a peak in the electrophoresis temperature dependence. – David Ehrenstein

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ข้อสรุป: ทำไมความร้อนย้ายโมเลกุลในโซลูชัน

รูปข้อสรุป
M. Reichl et al., Lett นับย้อนหลัง (2014)
ทำไมคิดย้ายโมเลกุลระหว่างไล่อุณหภูมิ: บทบาทของไฟฟ้า
Reichl แผ่นจารึกอนุสรณ์ Mario Herzog อเล็กซานดร้า Götz และ Dieter Braun
Lett นับย้อนหลัง 112, 198101 (2014)
ประกาศ 13 พฤษภาคม 2014
โมเลกุลคิดค่าธรรมเนียมในน้ำไปจากอุ่นหนาวภูมิภาค ลักษณะพิเศษที่เรียกว่า thermophoresis ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเทคนิคที่ช่วยให้นักวิจัยในการตรวจสอบรวมของยาเสพติดผู้ให้โปรตีน แม้ความนิยมของเทคนิค ไม่ได้เกิดขึ้นกับทฤษฎีที่สมบูรณ์ของ thermophoresis ตอนที่ Braun Dieter ของลุดวิกแห่งแม็กซิมิเลียนมหาวิทยาลัยมิวนิค เยอรมนี และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาทฤษฎีที่มีผลงานก่อนหน้านี้ที่ถูกละเลยให้ผล เป็นพวกเขารายงานในการตรวจสอบทางกายภาพตัวอักษร

สร้างทฤษฎีใหม่ในรูปแบบ ตัวเก็บประจุเรียกว่าก่อนหน้านี้ ได้รับการพัฒนา โดย Braun และเพื่อนร่วมงานอื่น ๆ ซึ่ง macromolecule คิดค่าธรรมเนียมเช่นสแตรนด์ที่ wadded สายดีเอ็นเอทำหน้าที่เหมือนตัวเก็บประจุทรงกลมที่กระเซอะกระเซิงไปภูมิภาคเย็นเพื่อลดพลังงานของสนามไฟฟ้า แต่แบบตัวเก็บประจุเพียงอย่างเดียวไม่สามารถบัญชีสำหรับบางการทดลอง Braun และเพื่อนร่วมงานของเขามีตอนนี้เพิ่มเงินสมทบเพิ่มเติมสามทฤษฎี thermophoresis ของพวกเขา และทดสอบภายใต้เงื่อนไขช่วงกว้าง กำไรผันแปรใหม่แรกผลจากความแตกต่างในการเคลื่อนไหวเกิดจากอุณหภูมิของประจุบวก และลบในการแก้ปัญหา ซึ่งนำไปสู่ความไม่สมดุลของค่าธรรมเนียมที่สร้างสนามไฟฟ้าอ่อน ส่วนที่สองจะแทนที่อ่อนแอพึ่งพาของคงแพร่อุณหภูมิ และส่วนที่สามประกอบด้วยผลไม่ใช่ ionic ต่าง ๆ ซึ่งนักวิจัยรูปแบบที่ มีตัวอย่างสูตร empirical

ทีมวัด thermophoresis fluorescently ป้ายดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ strands ของความยาวต่าง ๆ และพร้อมกันในการแก้ปัญหา รูปแบบของพวกเขาอย่างถูกต้องทำนายอาศัยอุณหภูมิและความเข้มข้นของผล รวมถึงปรากฏการณ์ nontrivial เช่นสูงสุดในการพึ่งพาอุณหภูมิ electrophoresis – David Ehrenstein

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เรื่องย่อ : ทำไมความร้อนย้ายโมเลกุลในสารละลาย

เรื่องย่อภาพ
M reichl et al . , ว. . บาทหลวง หนังสือ ( 2014 )
ทำไมประจุโมเลกุลข้ามอุณหภูมิสี : บทบาทของเขตข้อมูล
มาร์ น reichl มาริโอ , Herzog ไฟฟ้า อเล็กซานดร้า G ö TZ และ Dieter Braun
ว. . บาทหลวง หนังสือ 112 198101 ( 2014 )
เผยแพร่ 13 พฤษภาคม 2014
ประจุโมเลกุลในน้ำอุ่นเพื่อย้ายจากพื้นที่ที่หนาวเย็น ,การเรียก thermophoresis ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเทคนิคที่ช่วยให้นักวิจัยเพื่อตรวจสอบการจับของยาที่นำโปรตีน แม้ความนิยมของเทคนิค ไม่มีใครมากับทฤษฎีที่สมบูรณ์ของ thermophoresis . ตอนนี้ ดี บราวน์ของลุดวิกแห่งมหาวิทยาลัยมิวนิค เยอรมนีและเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาทฤษฎีที่มีก่อนหน้านี้ถูกทอดทิ้งให้กับผลที่พวกเขารายงานในจดหมายตรวจสอบทางกายภาพ .

ทฤษฎีใหม่สร้างที่เรียกว่าแบบตัวเก็บประจุ ที่พัฒนาก่อนหน้านี้โดย Braun และเพื่อนร่วมงานอื่น ๆที่ประจุโมเลกุลเช่นร่ำรวยขึ้นดีเอ็นเอเกลียวเชือกทำหน้าที่เหมือนตัวเก็บประจุทรงกลมที่ลอยต่อเย็น ภูมิภาคเพื่อลดพลังงานสนามไฟฟ้าของ แต่ตัวเก็บประจุแบบคนเดียวไม่สามารถบัญชีสำหรับการทดลองบางอย่าง บราวน์และเพื่อนร่วมงานของเขาได้เพิ่ม 3 เงินเพิ่มทฤษฎี thermophoresis และทดสอบในช่วงกว้างของเงื่อนไข1 ผลงานใหม่ผลจากความแตกต่างในอุณหภูมิและการเคลื่อนไหวของประจุบวกและลบในการแก้ไขปัญหา ซึ่งจะนำไปสู่ค่าใช้จ่ายความไม่สมดุลที่สร้างอ่อนแอสนามไฟฟ้า ส่วนที่สอง แสดงถึงการอ่อนแอของการแพร่กระจายคงที่ในอุณหภูมิ และส่วนที่สามประกอบด้วยผลระดับต่าง ๆซึ่งนักวิจัยแบบที่มีสูตรเอมพิริคัลง่าย

ทีมวัด thermophoresis ของ fluorescently ติดป้ายว่า DNA และ RNA เส้นของความยาวต่างๆที่มีช่วงของไอออนในสารละลาย รูปแบบของพวกเขาอย่างถูกต้องทำนายอุณหภูมิและผลของการพึ่งพาสมาธิ รวมทั้งปรากฏการณ์นอนทริเวียล เช่น อุณหภูมิสูงสุดในวิธีการพึ่งพาอาศัยehrenstein
–เดวิด