Opracowano metodę schładzania wody do temperatury bliskiej zera bezwzględnego bez zamrażania

Kategorie: 

Źródło: Pixabay

Woda po schłodzeniu do temperatury poniżej zera stopni Celsjusza zamienia się w lód i przechodzi w stan stały. Jednak naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu oraz Uniwersytetu Zuryskiego dokonali „niemożliwego” - udało im się schłodzić wodę do temperatury -263 stopni Celsjusza bez jej zamrażania.

 

Zespół badawczy pod kierownictwem profesorów Raffaele'a Mezzenga i Ehuda Landau odkrył metodę, która pozwala zapobiegać tworzeniu się kryształków lodu w wodzie. Oznacza to, że można schładzać wodę nawet do ekstremalnie niskich temperatur, a mimo to zachowuje ona cechy amorficzne cieczy.

 

W pierwszym etapie badania, naukowcy zaprojektowali i zsyntetyzowali nową klasę lipidów (cząsteczek tłuszczu), aby stworzyć nową formę „miękkiej” materii biologicznej, znanej jako mezofaza lipidowa. W materiale tym, lipidy samoistnie gromadzą się i agregują, tworząc błony i zachowując się w sposób zbliżony do naturalnych cząsteczek tłuszczu. Membrany te przyjmują układ jednolity, tworząc sieć połączonych kanałów o średnicy mniejszej niż jeden nanometr. Temperatura, zawartość wody oraz nowa struktura zaprojektowanych cząsteczek lipidowych określają strukturę mezofazy lipidowej.

Źródło: Livia Salvati Manni/ETH Zurich

Cechą szczególną tej struktury jest to, że w wąskich kanałach po prostu brakuje miejsca na uformowanie się kryształów lodu, a lipidy nie zamarzają, dlatego woda pozostaje nieuporządkowana nawet w ekstremalnie niskich temperaturach.

 

Z pomocą ciekłego helu, naukowcy zdołali schłodzić mezofazę lipidową, składającą się z modyfikowanego chemicznie monoacyloglicerolu, do temperatury rzędu -263 stopni Celsjusza, czyli całkiem blisko temperatury zera absolutnego. Woda stała się „szklista” i nie powstały w niej kryształki lodu. Kluczowym czynnikiem jest tu stosunek lipidów do wody. Zawartość wody w mieszaninie określa temperatury, w których zmienia się geometria mezofazy.

Rozwój takich lipidów jest trudny ze względu na ich syntezę i oczyszczanie. Cząsteczki lipidowe mają dwie części: jedna z nich jest hydrofobowa, czyli odpycha wodę, z kolei druga jest hydrofilowa, a więc przyciąga wodę.

 

Nowe mezofazy lipidowe posłużą przede wszystkim jako narzędzie dla innych naukowców, gdyż można je wykorzystać do nieniszczącego izolowania, przechowywania i badania dużych biomolekuł w środowisku naśladującym błonę, np. za pomocą kriogenicznej mikroskopii elektronowej. Biolodzy coraz częściej korzystają z tej metody, aby określić struktury i funkcje dużych biomolekuł. Nowa klasa miękkiej materii znajdzie również zastosowanie wszędzie tam, gdzie konieczne jest zapobieganie zamarzaniu wody.

 

Ocena: 

5
Średnio: 5 (1 vote)

Komentarze

Portret użytkownika r.abin

Jarpalski - nie zakumałeś o

Jarpalski - nie zakumałeś o parze wodnej. Nic nie szkodzi - naukowcy też nie mają na tą okoliczność naukowego uzasadnienia. Fizyka cząsteczkowa (i jej statystyczne aspekty) - to aktualnie niemodna dziedzina

Portret użytkownika r.abin

"brakuje miejsca na

"brakuje miejsca na uformowanie się kryształów lodu" Fachowo powinno być: Utrzymuje się wymiar "zarodka krystalizacji" - poniżej wielkości krytycznej. W parze wodnej (takie podkrytyczne cząstki wody), nie chcą też odparować - przez co para wodna ma dużo większe ciepło właściwe - od innych gazów

Skomentuj