Вода — это жизнь. Но водородные связи, объединяющие молекулы воды, до сих пор остаются неизученными. Эти связи возникают при взаимодействии атомов водорода и кислорода между молекулами воды. Обмен электронными зарядами между ними создает трехмерную сеть «H-связей», которая придает жидкой воде ее уникальные свойства. Квантовые явления в основе таких сетей были понятны только через теоретическое моделирование. Исследователи под руководством Сильви Роке из лаборатории фундаментальной биофотоники Инженерной школы EPFL разработали новый метод — корреляционную колебательную спектроскопию (CVS). Он позволяет измерить поведение молекул воды, участвующих в образовании сетей водородных связей. Спектроскопия дает возможность ученым отличать взаимодействующие молекулы от невзаимодействующих, которые не связаны водородной связью. Другие методы измеряют оба типа молекул одновременно, что делает невозможным их различение. Современные методы спектроскопии измеряют рассеяние лазерного света, вызванное колебаниями молекул в системе. Поэтому исследователям приходится догадываться, что наблюдаемое явление обусловлено интересующим их молекулярным взаимодействием. В CVS у каждого типа молекул есть свой колебательный спектр с уникальным пиком, соответствующим молекулам воды, движущимся вдоль H-связей. Это позволяет напрямую измерять свойства молекул, например, разделение электронного заряда и его влияние на прочность H-связей. Метод, о котором рассказала команда, может стать важным инструментом для изучения взаимодействий в любых материалах. О нем написали в журнале Science. Взгляд на вещи под новым угломЧтобы определить, как молекулы воды взаимодействуют друг с другом, ученые освещали жидкую воду ультракороткими вспышками лазера в ближнем инфракрасном диапазоне. Эти вспышки вызывают колебания заряда и смещения атомов в воде, что приводит к излучению видимого света. Цвет фотонов содержит информацию о том, как атомы внутри молекул и между ними смещаются, а картина рассеяния — информацию о пространственной организации молекул.
Команда провела ряд экспериментов, чтобы использовать CVS для разделения электронных и ядерных квантовых эффектов сетей H-связей. Для этого меняли pH воды, добавляя гидроксид-ионы (чтобы сделать ее более основной) или протоны (для кислоты).
С помощью CVS ученые смогли точно измерить вклад гидроксид-ионов в сеть H-связей (8%) и количество заряда, которое они отдают протонам (4%). Раньше такие точные измерения были невозможны. Эти результаты объяснили с помощью передового моделирования, проведенного учеными из Франции, Италии и Великобритании. Исследователи доказали эффективность метода с помощью теоретических расчетов. Его можно применять к любым материалам. Сейчас проводятся новые эксперименты для определения характеристик. По словам Роке, метод позволяет точно определять прочность Н-связей на молекулярном уровне в различных растворах, включая электролиты, сахара, аминокислоты, ДНК и белки. Поскольку метод не ограничивается использованием воды, он также может предоставить ценную информацию о других жидкостях, системах и процессах. 25.10.2024 |
Хайтек
NatComm: Учёные приблизились к созданию биополимеров, реагирующих на воду | |
Новый подход для понимания и предска... |
В Челябинске разрабатывают инновационное оборудование для вибрационных испытаний | |
Специалисты ЮУрГУ совместно с Уральским и... |
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья | |
Более дешевые металлогидридные накопители водо... |
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати | |
Новый метод производства цифрового света для&n... |
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику | |
Электроны вращаются без электрического за... |
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ | |
Новый программный комплекс представили ученые ... |
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью | |
Методику создания синтетических данных для&nbs... |
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi | |
Морская нержавейка, или сталь 316LSi, шир... |
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей | |
Новый сплав на основе алюминия создали ис... |
В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G | |
Уникальные фильтры для импульсной терагер... |
Nat. Nanotechnol: Разработан самоочищающийся электрод для синтеза пероксидов | |
Пероксиды металлов — MO₂, M=Ca, Sr,... |
В СПбГУ создали новые биоактивные молекулы с помощью золотого катализатора | |
Метод соединения двух простых веществ с п... |
AFM: Разработан материал для поглощения электромагнитных волн широкого спектра | |
Ультратонкий пленочный композитный материал, с... |
PRL: Доказана возможность открытия новых сверхтяжелых элементов | |
Уран — самый тяжелый из извест... |
NE: Новый жидкостный акустический датчик распознаёт голоса в шумной обстановке | |
Инженеры разработали множество сложных датчико... |
Science: Новый метод спектроскопии раскрывает квантовые секреты воды | |
Вода — это жизнь. Но водо... |
В ИРНИТУ создали первую партию инклинометров и объединили их в умную сеть | |
Сотрудники Центра маркшейдерских и геодез... |
Ученые УУНиТ создали первый отечественный станок для сухого электрополирования | |
Ученые Уфимского университета науки и тех... |
Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет | |
Физическая модель, которая описывает взаимодей... |
Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики | |
Новый метод синтеза производных пирролизидина ... |
Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела | |
Термоэлектрический материал, который можно исп... |
Ultrafast Science: Ученые успешно ускорили идентификацию молекул лазером | |
В 100 раз ускорили измерения спектроскопи... |
В УрФУ разработали технологию 3D-печати из жаропрочных титановых сплавов | |
Технологию создания жаропрочных сплавов на&nbs... |
Ученые ЮУрГУ предложили уникальную технологию повышения надежности сварки | |
Уникальную технологию повышения надежности сва... |
В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС | |
Первый российский комплект интегральных схем д... |
Российские ученые приблизились к созданию искусственной сетчатки | |
Оптоэлектронный синапс — мемристор ... |
Экологичная замена полиэтиленовым упаковкам разработана в МГУ | |
Биоразлагаемый полимер — полипропил... |
CS: Создана технология производства компонентов для шампуней и лекарств | |
Исследователи из России и Китая разр... |
APN: Фотонные вычисления помогут продвинуться в области аналоговых вычислений | |
Дифференциальные уравнения с частными про... |
Ученые НИТУ МИСИС разработали магнитные микропровода для имплантатов и датчиков | |
Новые ультратонкие аморфные микропровода, кото... |