Výzkum | Voda

Vědci vytvořili kapalinu, která nezmrzne ani při teplotě těsně nad absolutní nulou

  • Jak zabránit vodě v zamrznutí?
  • Švýcarští vědci ji „uzavřeli“ do lipidové mezofáze.
  • Kapalina nezmrzla ani při extrémně nízké teplotě -263 °C
Vědci vytvořili kapalinu, která nezmrzne ani při teplotě těsně nad absolutní nulou

Vědci ze Spolkové vysoké technické školy v Curychu a Univerzity v Curychu našli způsob, jak vodě zabránit ve tvorbě ledových krystalů. Takto upravená kapalina je schopna zůstat v kapalném stavu i při teplotách -263 °C.

Výroba kostek ledu je jednoduchý proces: stačí vzít plastový zásobník na ledové kostky, který najdete ve většině domácností, naplnit ho vodou a vložit do mrazáku. Obsažená kapalina po nějakém čase zkrystalizuje a změní se na led.

Pokud byste mohli analyzovat strukturu ledových krystalů, zjistíte, že molekuly vody jsou uspořádány v pravidelných trojrozměrných mřížkových strukturách. Ve vodě jsou naopak molekuly neorganizované, což je důvod, proč teče.

Nezmrzne díky lipidům

Prvním krokem fyziků a chemiků pod vedením profesorů Raffaela Mezzenga a Ehuda Landaua na cestě za nemrznoucí vodou bylo syntetizovat novou třídu lipidů (tukových molekul), aby se vytvořila „měkká forma biologické hmoty“, která se nazývá lipidová mezofáze. V tomto materiálu se lipidy spontánně sestavují a agregují za vzniku membrán, jež se chovají jako běžné tukové molekuly.

Klepněte pro větší obrázek
Livia Salvati Manni a profesor ETH Raffaele Mezzenga s modely lipidových mezofáz

Zásadním aspektem struktury těchto lipidů je, že nedává vodě prostor k vytvoření ledových krystalů a její molekuly zůstávají neuspořádané. Ani při teplotách hluboko pod bodem mrazu voda ani lipidy nemrznou, což si vědci ověřili pomocí kapalného hélia s teplotou -263 °C, tedy jen deset stupňů nad hranicí „absolutní nuly“.

Dokázali, že ani při této extrémně nízké teplotě se nevytvořily žádné ledové krystaly – voda dle jejich slov získala „sklovitou“ strukturu. Studie tohoto neobvyklého chování vody v lipidické mezofáze, byla nedávno publikováno v časopise Nature Nanotechnology.

A komu to prospěje?

Odborníci uvádějí jako klíčový faktor poměr lipidů k vodě. Novou třídu lipidů vytvářeli na membránách některých bakterií. Tyto mikroorganismy také produkují třídu vlastních lipidů, které mohou přirozeně omezit vodu v jejich vnitřním prostoru, což jim umožňuje přežít ve velmi chladném prostředí.

Klepněte pro větší obrázek
Lipidy tvoří síť membrán, které uzavírají vodu (světle modrá)

„Co činí vývoj těchto lipidů tak složitým, je jejich syntéza a čištění,“ říká profesor chemie na Univerzitě v Curychu Ehud Landau. Vysvětluje, že je to proto, že molekuly lipidů mají dvě části; hydrofobní (odpuzuje vodu) a hydrofilní (přitahuje vodu). „Kvůli tomu je velmi obtížné s nimi pracovat,“ upřesňuje. Měkký biologický materiál, vytvořený z lipidových membrán a vody, má komplexní strukturu, která minimalizuje kontakt vody s hydrofobními částmi a maximalizuje její rozhraní s hydrofilními částmi.

A k čemu je to dobré? To vysvětluje profesor Mezzenga: „Naším hlavním cílem bylo poskytnout výzkumným pracovníkům nový nástroj, který by usnadnil studium molekulárních struktur při nízkých teplotách bez krystalů ledu a umožnil by pochopit, jak dvě hlavní složky života, tj. voda a lipidy, interagují v extrémních teplotních a geometrických podmínkách.“

Diskuze (6) Další článek: Dubnové aktualizace Windows se nepovedly. Způsobují zamrzání systému

Témata článku: Výzkum, Voda, Fyzika, Chemie, Teplota, Molekula, Univerzita, Absolutní nula, Krystal, Membrána, Kapalina, Vědec, Lipid, ETH, Curych, Ledový krystal