Estudo teórico e computacional sobre a microrreologia de hidrogéis e soluções diluídas de biopolímeros - Duarte, Leonam Kavyn Rocha (2024)
A busca por abordagens teóricas que consigam descrever as propriedades reológicas de soluções diluídas e hidrogéis tem sido o foco de investigações intensivas nos últimos anos, principal- mente devido à sua importância na compreensão de vários processos biológicos e às possíveis aplicações industriais. Nesta tese, apresenta-se uma metodologia computacional eﬁciente para obter a resposta viscoelástica de soluções diluídas contendo ﬁlamentos semiﬂexíveis utilizando o teorema de ﬂutuação-dissipação. Por meio de simulações de relaxação, foi possível obter as propriedades dinâmicas de partículas de prova imersas em soluções de ﬁlamentos semiﬂexíveis a um custo computacional relativamente baixo e com uma precisão aprimorada em comparação com abordagens baseadas em dinâmica estocástica. Tal abordagem microrreológica permitiu a determinação do módulo de cisalhamento complexo e da viscosidade complexa das soluções estudadas. A validação dessa metodologia envolveu a comparação de resultados numéricos com dados experimentais de soluções de DNA e colágeno. Além disso, utilizou-se um modelo sim- pliﬁcado de cadeia polimérica para investigar a origem da contribuição negativa recentemente descoberta ao módulo elástico e relacionada à interação polímero-solvente em hidrogéis. Os resultados teóricos permitiram obter expressões da curva de tensão-deformação e do módulo diferencial, que exibiram dependências térmicas e mecânicas não triviais. A validação desses resultados foi realizada por meio de comparações com dados experimentais obtidos para hidro- géis de tetra-PEG e biopolímeros como queratina, ﬁbroína de seda, redes de neuroﬁlamentos e colágeno. Além disso, mostra-se como tal modelo contribui para a compreensão dos efeitos de amolecimento e enrijecimento observados em hidrogéis. Palavras-chave: Viscoelasticidade. Soluções diluídas. Hidrogéis. Simulações computacionais.