Can Electroactive Tracer Molecules Reveal Viscoelastic Structure by Measuring Non‐Fickian Diffusion?

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作者
Lei Wu,Alfonso Enrique Ramírez Sanabria,Ivy D Vo,Ellinor Haglund,Julio C. Alvarez
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202425114
摘要

We find that viscous and viscoelastic fluids are distinguishable by gauging Non-Fickian diffusion of dissolved electroactive molecules. Typically, such fluids are differentiated by measuring the mean-squared-displacement <Δr2> of embedded tracer particles (~1 μm) diffusing over time (t). From the relationship <Δr2>=6Dtα (D=particle diffusivity), log plots of <Δr2>vs.tα reveal regimes encoded in the slope α. For Fickian diffusion α=1, whereas α<1 and α>1, indicate Non-Fickian sub- and super-diffusion, respectively. Here, we electrolyzed redox reporters as molecular tracers in selected fluids. The current (I) relationship I[[EQUATION]]v1/2 (v = scan-rate) was recast as I2vs.1/tα to introduce α as Non-Fickian quantifier in log plots. When viscosity increased at high concentration of small-molecules, D for the redox reporter declined but α remained constant at ~1 (Fickian). In contrast, both D and α(<1) decreased in viscoelastic hydrogels confirming a molecular sub-diffusive regime. These results agree with particle microrheology on the same fluid types using optical methods that are inapplicable to molecules. By quantifying Non-Fickian diffusion of electroactive molecular tracers, our method can uncover diffusion-structure relationships to identify regulators in neurodegenerative liquid-solid transitions of protein aggregates. Unlike tracer particles, the diffusivity of tracer molecules is controlled by the applied potential and electrode size.

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