Ученые разработали метод предотвращения замерзания воды даже при очень низких температурах.

92

(Чтобы не читать статью — можете посмотреть видео)

Может ли вода достичь минус 263 градусов по Цельсию, не превращаясь в лед? Это было доказано учеными из Федерального политехнического института в Цюрихе и из Цюрихского университета, которые разработали новый способ предотвращения образования кристаллов льда в воде.

Каждый ребенок знает, как делать кубики льда. Просто налейте воду в контейнеры и положите в морозильник. Вскоре вода кристаллизуется и превращается в лед. Но если вы проанализируете структуру кристаллов льда, вы увидите, что молекулы воды расположены в виде правильных трехмерных структур. В воде, с другой стороны, частицы дезорганизованы, что делает воду жидкой.

Группа физиков и химиков во главе с профессорами Раффаэле Мецценга и Эхудом Ландау из Федерального политехнического университета и Цюрихского университета определили способ предотвращения образования ледяных кристаллов в воде. Результаты исследований ученых появились на страницах « Природной нанотехнологии ».

Ученым известно около 20 различных молекулярных типов льда. Некоторые настолько редки, что могут существовать только в компьютерном моделировании или на далеких планетах. Это потому, что вода может замерзнуть в твердом виде разными способами. Но его кристаллизация не является неизбежной. В прошлом году шведским ученым удалось остыть до минус 45 градусов по Цельсию без образования льда. Однако их швейцарские коллеги пошли гораздо дальше. В новом эксперименте ученые из Цюриха смогли создать воду, которая не превращалась в лед даже при температуре минус 263 градуса Цельсия.

Исследователи разработали и синтезировали новый класс липидов (молекул жира), которые составляют мягкий биологический материал. Они называли его липидной мезофазой. В этом материале липиды накапливаются спонтанно, образуя мембраны, которые ведут себя подобно молекулам природного жира. Эти мембраны принимают единую систему, создавая сеть из соединенных каналов диаметром менее одного нанометра.

Особенностью этой структуры является то, что в узких каналах нет места для образования кристаллов льда, поэтому она остается разупорядоченной даже при экстремально низких температурах. Липиды тоже не замерзают.

Охлаждение воды до таких экстремальных температур без образования льда стало возможным благодаря новому классу липидов. Их молекулы имеют как гидрофобные — водоотталкивающие, так и гидрофильные — части, которые притягивают воду. Мягкий биоматериал, образованный из липидных мембран и воды, имеет сложную структуру, которая сводит к минимуму контакт воды с гидрофобными частями и максимизирует с гидрофильными частями. «Они обеспечивают необходимую кривизну для создания таких небольших водных каналов и предотвращения кристаллизации липидов», — объяснил Эхуд Ландау из Цюрихского университета.

Ученые смоделировали новый класс липидов на мембранах некоторых бактерий. Эти бактерии производят особый класс самоорганизующихся липидов, позволяющих микроорганизмам выживать в очень холодных условиях.

Разработанная методика может быть использована в первую очередь как инструмент для других исследователей. Его можно использовать для сохранения вещества на основе белка, не повреждая его, сохраняя его в своем первоначальном виде при очень низких температурах.

«Наша главная цель состояла в том, чтобы предоставить ученым новый инструмент для облегчения изучения молекулярных структур при низкой температуре без ледяных кристаллов и, в конечном итоге, для понимания того, как два основных компонента жизни, вода и липиды, взаимодействуют в экстремальных условиях», — сказал Раффаэле Мецценга из Федерального технологического университета в Цюрихе.

Источник и фото: ETH Zurich