Un fenomen surprinzător al fizicii a fost scos la iveală. O proprietate a apei, recent descoperită, poate revoluţiona genetica

Cercetătorii americani de la Universitatea Illinois au elaborat o teorie conform căreia apa poate fi comprimată semnificativ cu ajutorul unui câmp electric, deşi se cunoaşte că apa are proprietatea de a nu se comprima proporţional cu presiunea exercitată asupra acesteia.

Profesorul de fizică Aleksei Aksimentiev împreună cu James Wilson au găsit că un câmp electric de energie ridicată aplicat la o mică gaură dintr-o membrană de grafen poate comprima moleculele de apă care se deplasează prin pori cu 3%. Aceştia au susţinut că această comprimare a apei se poate dovedi utilă în filtrarea cu precizie a biomoleculelor în studiile biomedicale, relatează Phys.

Descoperirile au fost publicate recent în Physical Review Letters. „Este un fenomen neaşteptat, contrar cu ce credeam despre transportul prin nanopori. Ne-a luat trei ani să vedem experimental ce ne arătau simulările. După explorarea mai multor soluţii posibile, succesul a venit atunci când am realizat că nu trebuie să plecăm de la premiza că apa nu poate fi comprimată. Acum că înţelegem ce se întâmplă în cazul simulărilor computerizate, am putut reproduce fenomenul în calculele teoretice”, a precizat Aksimentiev.

Astfel, oamenii de ştiinţă au testat noi metode în secvenţierea ADN-ului cu ajutorul nanoporilor de grafen. În ultimii ani, metoda aceasta a arătat multe promisiuni pentru secvenţierea accesibilă a ADN-ului.

ADN-ul este suspendat în apă, iar apoi acesta, apa şi ionii sunt traşi de un câmp electric printr-o mică gaură în membrana de grafen. Câmpul electric aplicat membranei atrage ionii dizolvaţi şi orice particulă încărcată electronic - ADN-ul este o moleculă încărcată negativ. Cele patru nucleobaze sunt văzute ca diferenţe în fluxul ionilor.

Dimensiunea găurii şi grosimea membranei sunt critice pentru această metodă. Membrana are o grosime de doar un atom, iar diametrul nanoporului măsoară doar 3 nanometri, adică diametrul a 10 atomi. De asemenea, diametrul ADN-ului este de circa 2 nanometri.

În acest studiu, savanţii au creat un model computaţional care le permite să controleze viteza transportului ADN-ului prin nanopor. Ştiau că o creştere a energiei câmpului electric ar duce la creşterea proporţională a vitezei de transport, dar atunci când energia este crescută de 10 ori, ADN-ul rămâne complet blocat în gaură.

Aksimentiev precizează: „se pare că gradientul câmpului electric este ceea ce comprimă apa, pentru că apa este dielectrică. Un câmp electric foarte puternic nu ar face asta, ci doar unul care se schimbă în spaţiu. Sarcinile moleculei de apă se aliniază cu câmpul electric, iar sarcinile apei mai apropiate de câmpul electric mai puternic sunt trase mai tare decât cele care sunt apropiate de câmpul electric mai slab”.

Cercetătorul adaugă: „Acest lucru funcţionează doar pentru că membrana este foarte subţire, iar câmpul electric este concentrat doar în proximitatea membranei, comprimând molecula de apă din ambele părţi. Aceasta este de doar 3%, dar creşterea presiunii apei (echivalentul a 100 de atmosfere) împinge ADN-ul şi nu îi permite să treacă prin nanopor”.

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

Există apă pură?

Un nou dispozitiv poate rezolva problema lipsei de apă potabilă în zonele deşertice

În ADN-ul oamenilor există virusuri vechi de 100 de milioane de ani. Unele au origini ''extraterestre''

Premieră în ştiinţă: ADN-ul unui om care a murit în 1827 a fost creat fără rămăşiţele sale