El agua es la base de toda la vida en la tierra. Su estructura es simple: dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno; sin embargo, su comportamiento es único entre los líquidos, y los científicos aún no comprenden completamente el origen de sus propiedades distintivas.
Cuando los polímeros cargados se disuelven en agua, la solución acuosa se vuelve más viscosa de lo esperado. Esta alta viscosidad es utilizada por la naturaleza en el cuerpo humano. Las propiedades lubricantes y amortiguadoras del fluido sinovial - una solución de agua y biopolímeros cargados- es lo que nos permite doblar, estirar y comprimir nuestras articulaciones durante toda nuestra vida sin daños.
En un estudio publicado en Avances científicos , investigadores del Laboratorio de Biofotónica Fundamental LBP de la Escuela de Ingeniería de EPFL han arrojado nueva luz sobre la viscosidad de las soluciones acuosas. Mostraron que, contrariamente a la visión tradicional, las interacciones repulsivas entre los polímeros son los únicos responsables del aumento deviscosidad, un efecto cuántico nuclear entre las moléculas de agua también tiene un papel que desempeñar.
"Hasta ahora, nuestra comprensión de las soluciones cargadas de polímero-agua se basaba en teorías que trataban el agua como fondo", dice Sylvie Roke, directora de LBP. "Nuestro estudio muestra que las interacciones agua-agua realmente juegan un papel importantepapel. Lo mismo podría ser cierto para otros procesos físicos y químicos que influyen en la biología ".
¿Por qué el agua es única?
El agua deriva sus propiedades únicas de los enlaces de hidrógeno, enlaces de corta duración entre un átomo de oxígeno de una molécula de agua y un átomo de hidrógeno de otra, que se rompen y se vuelven a formar cientos de miles de miles de millones de veces por segundo. Estos enlaces danagua líquida, una estructura tridimensional de corta duración.
Hace tiempo que se sabe que el agua se vuelve más viscosa cuando los polímeros cargados se disuelven en ella. La viscosidad está influenciada por el tamaño de la molécula y, adicionalmente, por la carga. Se ha atribuido la razón por la cual los polímeros cargados aumentan la viscosidad más que los neutros.gustar las cargas en los polímeros que se repelen entre sí. Sin embargo, en este estudio, los investigadores de EPFL descubrieron que las cargas eléctricas también interactúan con las moléculas de agua y alteran las interacciones agua-agua, lo que dificulta aún más el flujo de la solución.
Los investigadores midieron la viscosidad registrando cuánto tiempo tardaron en fluir diferentes soluciones a través de un tubo estrecho. También utilizaron tecnología láser especial, desarrollada en el laboratorio, para sondear las interacciones agua-agua en las mismas soluciones a nivel molecular.descubrieron que los polímeros hicieron que la red de enlaces de hidrógeno fuera más ordenada, lo que a su vez se correlacionó con un aumento de la viscosidad.
Los investigadores luego repitieron los experimentos con agua pesada D 2 O, una molécula que es casi idéntica al agua ligera H 2 O pero tiene una red de enlace de hidrógeno ligeramente diferente.Encontraron diferencias sorprendentemente grandes tanto en las interacciones agua-agua como en la viscosidad.Dado que los polímeros se repelen entre sí de la misma manera en agua ligera y pesada, concluyeron que estas diferencias deben surgir de pequeñas diferencias en la forma en que interactúan las dos moléculas, lo que significa que está en juego un efecto cuántico nuclear.
Su descubrimiento, que la pegajosidad de las soluciones de polímeros cargados se debe en parte a los efectos cuánticos nucleares en el agua, tiene implicaciones fundamentales. "El agua está en todas partes", explica Roke. "Constituye alrededor del 60% del cuerpo humano. Estas ideasen las propiedades del agua y cómo interactúa con otras moléculas, incluidas las biomoléculas, resultará útil para desarrollar nuevas tecnologías, no solo en salud y biociencias, sino también en materiales y ciencias ambientales ".
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Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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