Published October 24, 2019
| Version v1
Publication
Role of Hydrodynamic Interactions in the Deformation of Star Polymers in Poiseuille Flow
- 1. University of Chinese Academy of Sciences
- 2. State Key Laboratory of Polymer Physics and Chemistry
- 3. Chinese Academy of Sciences
- 4. Changchun Institute of Applied Chemistry
Description
Stretching polymer in fluid flow is a vital process for studying and utilizing the physical properties of these molecules, such as DNA linearization in nanofluidic channels. We studied the role of hydrodynamic interactions (HIs) in stretching a free star polymer in Poiseuille flow through a tube using mesoscale hydrodynamic simulations. As increasing the flow strength, star polymers migrate toward the centerline of tube due to HIs, whereas toward the tube wall in the absence of HIs. By analyzing the end monomer distribution and the perturbed flow around the star polymer, we found that the polymer acts like a shield against the flow, leading to additional hydrodynamic drag forces that compress the arm chains in the front of the star center toward the tube axis and lift the arm chains at the back toward the tube wall. The balanced hydrodynamic forces freeze the polymer into a trumpet structure, where the arm chains maintain a steady strongly stretched state at high flow strength. In contrast, the polymer displays remarkably large conformational change when switching off HIs. Our simulation results explained the coupling between HIs and the structure of star polymers in Poiseuille flow.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد تمديد البوليمر في تدفق السوائل عملية حيوية لدراسة واستخدام الخصائص الفيزيائية لهذه الجزيئات، مثل خطية الحمض النووي في القنوات النانوية. درسنا دور التفاعلات الهيدروديناميكية (HIS) في تمديد بوليمر نجمي حر في تدفق بويزويل عبر أنبوب باستخدام محاكاة هيدروديناميكية متوسطة الحجم. مع زيادة قوة التدفق، تهاجر بوليمرات النجوم نحو الخط المركزي للأنبوب بسبب HIS، بينما تهاجر نحو جدار الأنبوب في غياب HIS. من خلال تحليل توزيع المونومر النهائي والتدفق المضطرب حول بوليمر النجم، وجدنا أن البوليمر يعمل كدرع ضد التدفق، مما يؤدي إلى قوى سحب هيدروديناميكية إضافية تضغط سلاسل الذراع في مقدمة مركز النجم نحو محور الأنبوب وترفع سلاسل الذراع في الخلف نحو جدار الأنبوب. تعمل القوى الهيدروديناميكية المتوازنة على تجميد البوليمر في بنية البوق، حيث تحافظ سلاسل الذراع على حالة تمدد ثابتة بقوة عند قوة تدفق عالية. في المقابل، يعرض البوليمر تغيرًا توافقيًا كبيرًا بشكل ملحوظ عند إيقاف تشغيل HIS. أوضحت نتائج المحاكاة لدينا الاقتران بين HIs وبنية البوليمرات النجمية في تدفق Poiseuille.Translated Description (French)
L'étirement du polymère dans l'écoulement du fluide est un processus essentiel pour étudier et utiliser les propriétés physiques de ces molécules, telles que la linéarisation de l'ADN dans les canaux nanofluidiques. Nous avons étudié le rôle des interactions hydrodynamiques (IH) dans l'étirement d'un polymère en étoile libre dans l'écoulement de Poiseuille à travers un tube en utilisant des simulations hydrodynamiques à méso-échelle. En augmentant la force d'écoulement, les polymères en étoile migrent vers la ligne centrale du tube en raison des IH, alors qu'ils migrent vers la paroi du tube en l'absence d'IH. En analysant la distribution des monomères finaux et l'écoulement perturbé autour du polymère en étoile, nous avons constaté que le polymère agit comme un bouclier contre l'écoulement, conduisant à des forces de traînée hydrodynamiques supplémentaires qui compriment les chaînes de bras à l'avant du centre de l'étoile vers l'axe du tube et soulèvent les chaînes de bras à l'arrière vers la paroi du tube. Les forces hydrodynamiques équilibrées gèlent le polymère dans une structure de trompette, où les chaînes de bras maintiennent un état fortement étiré stable à une résistance à l'écoulement élevée. En revanche, le polymère présente un changement de conformation remarquablement important lors de la désactivation des HI. Nos résultats de simulation ont expliqué le couplage entre les IH et la structure des polymères en étoile dans l'écoulement de Poiseuille.Translated Description (Spanish)
El estiramiento del polímero en el flujo de fluidos es un proceso vital para estudiar y utilizar las propiedades físicas de estas moléculas, como la linealización del ADN en canales nanofluídicos. Estudiamos el papel de las interacciones hidrodinámicas (HI) en el estiramiento de un polímero de estrella libre en el flujo de Poiseuille a través de un tubo utilizando simulaciones hidrodinámicas a mesoescala. A medida que aumenta la resistencia al flujo, los polímeros en estrella migran hacia la línea central del tubo debido a los HI, mientras que hacia la pared del tubo en ausencia de HI. Al analizar la distribución final del monómero y el flujo perturbado alrededor del polímero en estrella, encontramos que el polímero actúa como un escudo contra el flujo, lo que lleva a fuerzas de arrastre hidrodinámicas adicionales que comprimen las cadenas de los brazos en la parte frontal del centro de la estrella hacia el eje del tubo y levantan las cadenas de los brazos en la parte posterior hacia la pared del tubo. Las fuerzas hidrodinámicas equilibradas congelan el polímero en una estructura de trompeta, donde las cadenas de los brazos mantienen un estado estable fuertemente estirado a una alta resistencia al flujo. Por el contrario, el polímero muestra un cambio conformacional notablemente grande al apagar los HI. Nuestros resultados de simulación explicaron el acoplamiento entre los HI y la estructura de los polímeros en estrella en el flujo de Poiseuille.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- دور التفاعلات الهيدروديناميكية في تشوه بوليمرات النجوم في تدفق بواسيوي
- Translated title (French)
- Rôle des interactions hydrodynamiques dans la déformation des polymères en étoile dans l'écoulement de Poiseuille
- Translated title (Spanish)
- Papel de las interacciones hidrodinámicas en la deformación de los polímeros estelares en el flujo de Poiseuille
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2982312540
- DOI
- 10.1007/s10118-020-2346-5
References
- https://openalex.org/W66839966
- https://openalex.org/W1591521711
- https://openalex.org/W1845618662
- https://openalex.org/W1966267527
- https://openalex.org/W1974825498
- https://openalex.org/W1976525831
- https://openalex.org/W1976537156
- https://openalex.org/W1977564655
- https://openalex.org/W1980974294
- https://openalex.org/W1981410769
- https://openalex.org/W1987576679
- https://openalex.org/W1991123734
- https://openalex.org/W1994532866
- https://openalex.org/W1996224306
- https://openalex.org/W2001502036
- https://openalex.org/W2004148333
- https://openalex.org/W2004369921
- https://openalex.org/W2006332926
- https://openalex.org/W2013107088
- https://openalex.org/W2019344856
- https://openalex.org/W2019471544
- https://openalex.org/W2020858488
- https://openalex.org/W2021505389
- https://openalex.org/W2035944347
- https://openalex.org/W2037682506
- https://openalex.org/W2048603427
- https://openalex.org/W2051147140
- https://openalex.org/W2055130748
- https://openalex.org/W2058345503
- https://openalex.org/W2066353401
- https://openalex.org/W2067281960
- https://openalex.org/W2068209797
- https://openalex.org/W2086701057
- https://openalex.org/W2091922856
- https://openalex.org/W2092441120
- https://openalex.org/W2095079878
- https://openalex.org/W2105924984
- https://openalex.org/W2106907924
- https://openalex.org/W2107166616
- https://openalex.org/W2136125338
- https://openalex.org/W2138774912
- https://openalex.org/W2148849027
- https://openalex.org/W2163445538
- https://openalex.org/W2163448702
- https://openalex.org/W2166031845
- https://openalex.org/W2314871781
- https://openalex.org/W2324027484
- https://openalex.org/W2324947924
- https://openalex.org/W2335752484
- https://openalex.org/W2474338383
- https://openalex.org/W2519742913
- https://openalex.org/W2771794245
- https://openalex.org/W2789389283
- https://openalex.org/W2793648766
- https://openalex.org/W2806411893
- https://openalex.org/W3105426370
- https://openalex.org/W3105481788
- https://openalex.org/W4210954513