Manchester Üniversitesi’ndeki araştırmacıların bir atılımı, tıp, enerji, iklim modellemesi ve daha fazlası için geniş kapsamlı sonuçlarla doğanın en zor güçlerinden birine ışık tutuyor. Araştırmacılar, kapalı su sistemlerindeki hidrojen bağlarının gücünü tam olarak ölçmek için bir yöntem geliştirdiler, bu da suyun biyoloji, malzeme bilimi ve teknolojideki rolü konusundaki anlayışımızı değiştirebilecek bir ilerleme.
İşte yayınlanan iş Doğa İletişimidoğanın en önemli ama kalifiye edilmesi zor etkileşimlerinden birini düşünmek için temelde yeni bir yol sunar.
Hidrojen bağları, su moleküllerini bir arada tutan, suya yüksek kaynama noktasından yüzey gerilimine kadar benzersiz özelliklerini veren ve protein katlama ve DNA yapısı gibi kritik biyolojik fonksiyonları sağlayan görünmez kuvvetlerdir. Ancak önemlerine rağmen, karmaşık veya sınırlı ortamlarda hidrojen bağlarının ölçülmesi uzun zamandır bir zorluk olmuştur.
Qian Yang ve Dr. Ziwei Wang ile çalışmayı yöneten Profesör Artem Mishchenko, “Onlarca yıldır bilim adamları hidrojen bağı gücünü hassasiyetle ölçmek için mücadele ettiler.” Dedi. “Yaklaşımımız, hidrojen bağlarını dipoller ve elektrik alanı arasındaki elektrostatik etkileşimler olarak yeniden canlandırıyor, bu da güçlerini doğrudan spektroskopik verilerden hesaplamamızı sağlıyor.”
Ekip, model sistemleri olarak iki boyutlu kristal su katmanları içeren doğal olarak oluşan bir mineral olan alçı (caso₄ · 2h₂o) kullandı. Mineral katmanları arasında sıkışıp kalmış su moleküllerine harici elektrik alanları uygulayarak ve yüksek çözünürlüklü spektroskopi kullanarak titreşim tepkilerini izleyerek, araştırmacılar hidrojen bağını benzeri görülmemiş bir doğrulukla ölçebildiler.
“En heyecan verici olan bu tekniğin öngörücü gücüdür,” dedi Dr. Yang. “Basit bir spektroskopik ölçümle, daha önce soruşturulması zor olan kapalı ortamlarda suyun nasıl davrandığını, normalde karmaşık simülasyonlar gerektiren veya tamamen erişilemeyen bir şey olduğunu tahmin edebiliriz.”
Çıkarımlar geniş ve zorlayıcıdır. Su saflaştırmasında, bu yöntem, mühendislerin hidrojen bağını optimize etmesine, su akışını ve seçiciliğini iyileştirirken enerji maliyetlerini azaltırken ince ayar membran malzemelerine yardımcı olabilir.
İlaç geliştirmede, suyun moleküllere ve hedeflerine nasıl bağlandığını tahmin etmenin bir yolunu sunar ve potansiyel olarak daha çözünür ve etkili ilaçların tasarımını hızlandırır. Bulutlar ve atmosferdeki suyun faz geçişlerinin daha doğru simülasyonlarını sağlayarak iklim modellerini geliştirebilir.
Enerji depolamasında, keşif, pil performansını önemli ölçüde artırabilecek özel hidrojen bağına sahip “hidrojen bağı hetero -yapıları” temelini oluşturuyor. Ve biyomıpta bulgular, su yüzeyi etkileşimlerini tam olarak kontrol ederek daha iyi uyumluluk ve daha uzun ömürlü implante edilebilir sensörler oluşturulmasına yardımcı olabilir.
Makalenin ilk yazarı Dr. Wang, “Çalışmamız, daha önce mümkün olmayan şekillerde hidrojen bağını anlamak ve manipüle etmek için bir çerçeve sunuyor.” Dedi. “Daha iyi katalizörlerden daha akıllı membranlara kadar yeni malzeme ve teknolojiler tasarlamanın kapısını açıyor.”
