Warum erscheint geschmolzene Agarose in Lösung vollständig transparent, wird aber bei der Polymerisation undurchsichtig?

Agarose ist ein Polysaccharid, und wie alle Polysaccharide strotzt es vor polaren Hydroxylgruppen. Das bedeutet, dass die Agaroseketten sehr stark durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander interagieren. Wenn die Lösung auf eine Temperatur erhitzt wird, die hoch genug ist, um die Wasserstoffbrücken zu brechen (etwa 90–100 °C), dann verhalten sich die Agarosemoleküle ziemlich genau wie jedes andere lösliche Polymer, dh eine zufällig orientierte Kette ohne Fernordnung. In diesem Zustand ist die Agaroselösung klar.

Wenn jedoch die Temperatur sinkt und Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden beginnen, paaren sich die Agarosemoleküle zu Doppelhelices, dann aggregieren diese Doppelhelices selbst mit anderen Doppelhelices, um dickere Fasern zu bilden. Eine Google-Suche fand dieses schöne Bild, das zeigt, was passiert:

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Das Gel ist auf dieses Netzwerk von Superhelices zurückzuführen, die an ihren Enden verbunden sind. Für die Zwecke dieser Frage ist die entscheidende Tatsache jedoch, dass der Durchmesser der Superhelix-Bündel etwa 20 nm oder etwa die Hälfte bis ein Drittel der Wellenlänge des sichtbaren Lichts beträgt. Damit liegen sie an der oberen Größengrenze für die Rayleigh-Streuung bzw. am unteren Ende für die Mie-Streuung. So erhält man die üblichen Rayleigh-Effekte, z. B. sieht das Gel in reflektiertem Licht blau und in gestreutem Licht orange aus, aber man erhält auch eine leichte Milchigkeit, die mit der Mie-Streuung verbunden ist.