Meike Drießen, Bochum Ruhr Universiteti

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Böyük molekullar və su arasındakı mürəkkəb qarşılıqlı təsirləri görməkdənsə eşitmək daha asandır. Mənbə: Fiziki Kimya II

Böyük molekulların su ilə qarşılıqlı təsirini real vaxt rejimində izləmək asan deyil. Lakin bunu eşitmək görməkdən daha asan ola bilər. Beynəlxalq bir komanda PNIPAM-ın dağılmasında suyun rolunu belə deşifrə etdi.

Bəzi polimerlər ətraf mühitə konformasiya dəyişiklikləri ilə reaksiya verirlər: bunlardan biri poli (N-izopropilakrilamid) üçün qısaldılmış PNIPAM polimeridir . Təxminən 32 dərəcə Selsi temperaturundan aşağı suda həll olur, lakin bu temperaturdan yuxarı çökür və hidrofob hala gəlir. Bu, onu ağıllı sensor tətbiqləri üçün uyğunlaşdırır. Bəs PNIPAM ilə həlledici su arasında əslində nə baş verir?

Almaniyanın Boxum şəhərindəki Ruhr Universiteti və İllinoys Urbana Şampan Universitetinin tədqiqatçıları bu sualı araşdırmaq üçün Symbolic Sound Corporation şirkətinin səs istehsalı mütəxəssisləri ilə əməkdaşlıq etdilər. Səs təsvirindən istifadə edərək, onlar ilk dəfə olaraq su molekullarının PNIPAM ilə qarşılıqlı təsirini deşifrə edə bildilər. Onlar tapıntılarını 4 fevral 2026-cı ildə “Proceedings of the National Academy of Sciences” jurnalında dərc etdilər .

Su ipləri çəkir

Tədqiqatçılar zülallar və ya insan tərəfindən hazırlanmış PNIPAM kimi polimerlərin hərəkətini təhlil edərkən həlledici olan suyun rolu çox vaxt ikinci dərəcəli əhəmiyyət kəsb edir.

“Bununla belə, su su molekulları ilə su və polimer arasında hidrogen rabitələri əmələ gətirir və bu hidrogen rabitələri həm suyun strukturunu, həm də polimer strukturunu təşkil edir”, Ruhr Universitetinin Boxum Fiziki Kimya II kafedrasının müdiri və Ruhrın sözçüsü professor Martina Havenith-Newen Solvation RESOLV Mükəmməllik Klasterini araşdırır. “Su polimerlərin həlledicinin içərisində necə genişlənməsində, büzülməsində və ya qatlanmasında mühüm rol oynayır.”

Ruhr Universitetinin Boxum alimləri, Symbolic Sound Corporation şirkətinin sonifikasiya mütəxəssisləri və İllinoys Urbana Champaign Universitetinin tədqiqatçıları insan bədənindəki universal həlledici olan PNIPAM-ın suda necə büzüldüyünü və genişləndiyini və bu prosesdə suyun rolunu araşdırmaq üçün bir araya gəldilər. Bunu etmək üçün Aleksandr fon Humboldt fondunun Henriette Scout proqramı ilə qurulan doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı Wanlin Chen, PNIPAM-ın suda hərəkətini milyardlarla zaman addımı ilə izləyən uzun superkompüter simulyasiyaları işlətdi.

Səs əsasdır

Tapmaca məlumatların təhlilində idi: PNIPAM ətrafında minlərlə su molekulu var və onlar PNIPAM ilə hər zaman yüzlərlə hidrogen rabitəsi əmələ gətirir və qırırlar, buna görə də ənənəvi kompüter vizuallaşdırmasından istifadə edərək görüntüləmək çətin idi. Komanda, vizuallaşdırmaya (məlumatları video və ya təsvirə çevirmək) tamamlayıcı şəkildə sonifikasiyadan (məlumatları səsə çevirmək) istifadə edən Eşitmə Analitikası texnikasını inkişaf etdirən Karla Skaletti və Kurt Hebeli işə götürdü.

Qonaq professor Martin Qruebele izah edir ki, “Mürəkkəb zaman seriyası məlumatları ilə sonifikasiyanın üstünlüyü ondan ibarətdir ki, insan beyni bir çox demək olar ki, eyni vaxtda baş verən hadisələrdən yaranan səs dalğa formalarındakı nümunələri ayırd etməkdə çox yaxşıdır”.

Sonifikasiyadan istifadə edərək tədqiqatçılar aşkar etdilər ki, PNIPAM yığıldıqda bir çox birbaşa hidrogen rabitəsi əmələ gətirmir, əksinə onun quruluşu su molekulunun PNIPAM-ın iki hissəsini bir-birinə bağladığı “su körpüləri” tərəfindən təşkil olunur. PNIPAM özü də azot atomlarına yapışmış iki hidrogen atomunun bir sırada yerləşdiyi qeyri-adi bir rabitə əmələ gətirir. Bütün bunlar müxtəlif səslər müxtəlif rabitə növlərinə təyin edildikdə, hətta istənilən vaxt onlarla rabitə əmələ gəlib həll olduqda belə eşidilə və fərqləndirilə bilər.

Kompüter simulyasiyasının sonrakı kəmiyyət təhlili göstərdi ki, su körpüləri təsadüfi deyil, PNIPAM kompakt formaya çökdükcə bir-biri ilə əlaqəlidir, lakin su bu prosesdə ipləri çəkərkən birbaşa PNIPAM təmasları o qədər də çox deyil.

“Tədqiqat bizə biotibbi tətbiqlərdə və sensorlarda bu qədər faydalı olan bəzi polimerlərin qeyri-adi davranışlarının necə yarandığını anlamağa kömək edir”, – deyə Havenith bildirir.

Nəşr detalları

Wanlin Chen və digərləri, PNIPAM oliqomerlərinin kooperativ çöküşü və genişlənməsində su vasitəçiliyi ilə hidrogen rabitələri və lokal yan zəncir qarşılıqlı təsirləri, Milli Elmlər Akademiyasının materialları (2026). DOI: 10.1073/pnas.2523755123

Jurnal məlumatları: Milli Elmlər Akademiyasının materialları 

Ruhr Universiteti Bohum tərəfindən təmin edilir