Ученые создали незамерзающую воду
Специалисты из Федеральной высшей технической школы Цюриха (ETH) и Цюрихского университета нашли необычный способ предотвратить формирование ледяных кристаллов из воды. Даже при очень низких температурах она сохраняет аморфные свойства жидкости.
Во льду молекулы воды выстраиваются в упорядоченную, однородную трехмерную решетку. В жидкости они неорганизованны, что объясняет ее текучесть. Профессора Раффаэле Мецценга (ETH) и Эхуд Ландау (Цюрихский университет) нашли необычный способ предотвратить замерзание воды, сообщает eurekalert.org. Выводы исследования опубликованы в Nature Nanotechnology.
На первом этапе ученые разработали и синтезировали новый класс липидов, ставших сырьем для «мягкого» биологического вещества, липидной мезофазы. Жировые молекулы в материале спонтанно самособираются в мембраны, ведя себя как натуральные аналоги. Структуры формируют однородную сеть каналов, диаметром менее 1 нм каждый. Температура и состав воды, как и характеристики липидных молекул, определяют характеристики мезофазы.
Размеры каналов не дают места для формирования ледяных кристаллов. Вода остается жидкой даже при экстремально низких температурах. Липиды также не замерзают.
Используя жидкий гелий, ученые охладили мезофазу, состоящую из химически модифицированного моноацилглицерола, до -263°С. Кристаллы льда не формировались даже в условиях почти абсолютного нуля. Вода при этой температуре становилась «стеклянной», авторы показали это с помощью симуляции.
«Соотношение липидов и жидкости – ключевой фактор, — объяснил профессор Мецценга. – Количество воды в смеси определяет температуры, при которых меняется геометрия мезофазы. Так, при 12% Н2О, преобразование мезофазы из кубического лабиринта в ламинарную структуру происходит при -15°».
Профессор Ландау отметил что производство липидов было трубной задачей, так как молекула состоит из гидрофобного и гидрофильного элемента. Материал имеет сложную структуру, минимизирующую контакт воды с первой и максимально увеличивающую взаимодействие со второй частью.
«Инновация дизайна заключается во введении напряженного трехчленного кольца в определенные участки гидрофобных блоков, — сказал специалист. – Это обеспечило нужную дугу для создания каналов, препятствующих кристаллизации липидов».
Мезофаза станет инструментом для других исследований. Так, она позволит изолировать, сохранять и изучать большие биомолекулы, не разрушая их.
