Вчені розробили метод запобігання замерзання води навіть при дуже низьких температурах.

214

(Щоб не читати статтю – можете подивитися відео)

Чи може вода досягти мінус 263 градусів за Цельсієм, не перетворюючись на лід? Це було доведено вченими з Федерального політехнічного інституту в Цюріху і з Цюріхського університету, які розробили новий спосіб запобігання утворення кристалів льоду у воді.

Кожна дитина знає, як робити кубики льоду. Просто налийте воду в контейнери і покладіть в морозильник. Незабаром вода кристалізується і перетворюється у лід. Але якщо ви проаналізуєте структуру кристалів льоду, ви побачите, що молекули води розташовані у вигляді правильних об’ємних структур. У воді, з іншого боку, частинки дезорганізовані, що робить воду рідкою.

Група фізиків і хіміків на чолі з професорами Раффаеле Мецценга і Ехудом Ландау з Федерального політехнічного університету і Цюріхського університету визначили спосіб запобігання утворення крижаних кристалів у воді. Результати досліджень учених з’явилися на сторінках « Природного нанотехнології ».

Вченим відомо близько 20 різних молекулярних типів льоду. Деякі настільки рідкісні, що можуть існувати тільки в комп’ютерному моделюванні або на далеких планетах. Це тому, що вода може замерзнути в твердому вигляді різними способами. Але його кристалізація не є неминучою. У минулому році шведським вченим вдалося охолонути до мінус 45 градусів за Цельсієм без утворення льоду. Однак їх швейцарські колеги пішли значно далі. У новому експерименті вчені з Цюріха змогли створити воду, яка не перетворювалася на лід навіть при температурі мінус 263 градуси Цельсія.

Дослідники розробили і синтезували новий клас ліпідів (молекул жиру), які складають м’який біологічний матеріал. Вони називали його ліпідної мезофазой. У цьому матеріалі ліпіди накопичуються спонтанно, утворюючи мембрани, які ведуть себе подібно молекулам природного жиру. Ці мембрани приймають єдину систему, створюючи мережу зі сполучених каналів діаметром менше одного нанометра.

Особливістю цієї структури є те, що у вузьких каналах немає місця для утворення кристалів льоду, тому вона залишається невпорядкованою навіть при екстремально низьких температурах. Ліпіди теж не замерзають.

Охолодження води до таких екстремальних температур без утворення льоду стало можливим завдяки новому класу ліпідів. Їх молекули мають як гідрофобні – водовідштовхувальні, так і гідрофільні – частини, які притягують воду. М’який біоматеріал, утворений з ліпідних мембран і води, має складну структуру, яка зводить до мінімуму контакт води з гідрофобними частинами і максимізує з гідрофільними частинами. «Вони забезпечують необхідну кривизну для створення таких невеликих водних каналів і запобігання кристалізації ліпідів», – пояснив Ехуд Ландау з Цюріхського університету.

Вчені змоделювали новий клас ліпідів на мембранах деяких бактерій. Ці бактерії виробляють особливий клас самоорганізуються ліпідів, що дозволяють мікроорганізмам виживати в дуже холодних умовах.

Розроблена методика може бути використана в першу чергу як інструмент для інших дослідників. Його можна використовувати для збереження речовини на основі білка, не пошкоджуючи його, зберігаючи його у своєму первісному вигляді при дуже низьких температурах.

«Наша головна мета полягала в тому, щоб надати вченим новий інструмент для полегшення вивчення молекулярних структур при низькій температурі без крижаних кристалів і, в кінцевому підсумку, для розуміння того, як два основних компонента життя, вода і ліпіди, взаємодіють в екстремальних умовах», – сказав Раффаеле Мецценга з Федерального технологічного університету в Цюріху.

Джерело і фото: ETH Zurich