¿Por qué la agarosa fundida en solución aparece totalmente transparente, pero se vuelve opaca cuando se polimeriza?

Question

Los geles de agarosa (hidrogeles) se utilizan habitualmente en biología molecular para la electroforesis del ADN.

Cuando se vierte una solución de agarosa caliente, el material es transparente Cuando se forma un gel, el material se vuelve parcialmente opaco:

Este fenómeno NO se observa en los geles de acrilamida utilizados para la electroforesis de proteínas. Tanto la acrilamida no polimerizada como la polimerizada aparecen transparentes.

Supongo que lo que observamos aquí es la dispersión de la luz. No estoy seguro de si la dispersión es Rayleigh o Mie, y no estoy seguro de por qué se produce al formarse el gel de agarosa. No estoy seguro de por qué no ocurre con la acrilamida, otro gel.

Answer 1

La agarosa es un polisacárido y, como todos los polisacáridos, está erizada de grupos hidroxilo polares. Esto significa que las cadenas de agarosa interactúan fuertemente entre sí mediante enlaces de hidrógeno. Si la solución se calienta a una temperatura lo suficientemente alta como para romper los enlaces de hidrógeno (alrededor de 90-100ºC), las moléculas de agarosa se comportan como cualquier otro polímero soluble, es decir, como una cadena orientada aleatoriamente sin ningún orden de largo alcance. En este estado, la solución de agarosa es transparente.

Sin embargo, a medida que desciende la temperatura y comienzan a formarse enlaces de hidrógeno, las moléculas de agarosa se emparejan formando dobles hélices que, a su vez, se agregan a otras dobles hélices para formar fibras más gruesas. Una búsqueda en Google permitió encontrar esta bonita imagen que muestra lo que ocurre:

( imagen de este sitio )

El gel se debe a esta red de superhélices unidas por sus extremos. Sin embargo, a efectos de esta pregunta, el hecho clave es que el diámetro de los haces de superhélices es de unos 20 nm, es decir, entre la mitad y un tercio de la longitud de onda de la luz visible. Esto los sitúa en el límite superior de la dispersión de Rayleigh o en el extremo inferior de la dispersión de Mie. De este modo, se obtienen los efectos Rayleigh habituales (por ejemplo, el gel se ve azul en la luz reflejada y naranja en la luz dispersa), pero también se obtiene un ligero aspecto lechoso asociado a la dispersión Mie.