Transición de fase en bicapas pueden afectar al rendimiento

Mayo 11, 2016 Admin Salud 0 9
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Champaign, Illinois -. Bicapas de fosfolípidos que imitan membranas celulares en los organismos vivos son de interés como sustratos para biosensores, y para la liberación controlada de fármacos. Para entender mejor cómo se comportan estos materiales con proteínas incorporadas, un primer paso necesario es entender cómo las capas dobles responden solo.

Como se informó en el 09 de diciembre Número de Physical Review Letters (publicado en línea el 21 de noviembre), científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han estudiado la transición de fase en un soporte de doble capa y descubierto algunas propiedades fundamentales que podrían afectar el rendimiento del material en varias aplicaciones.




"A medida que el agua se convierte en hielo, pueden existir capas dobles tanto en una fase fluida o en fase sólida (gel), dependiendo de la temperatura", dijo Andrew Gewirth, un profesor de química. "Uso de un microscopio de fuerza atómica sensible, estudiamos cómo cambia la microestructura de estas bicapas durante el proceso de transformación."

En primer lugar, los científicos han apoyado una doble capa de fosfolípidos en un pedazo de mica sobre todo regular. Luego han estudiado las propiedades de esta doble capa en que ha cambiado las fases de líquido a gel y volver al fluido. Desde toque la superficie de la película iba a destruir delicado, los investigadores han utilizado un modo de no contacto en el que la punta de la sonda oscilante cerca de la superficie, y se midió el cambio resultante en la amplitud.

"Las imágenes del microscopio de fuerza atómica mostraron que el gel de transición de fase de líquido produce lagrimeo sustancial de la doble capa, lo que resulta en varios defectos importantes espuma-como," dijo Gewirth.

Debido a que el sustrato de mica era molecularmente suave, sin defectos superficiales significativas, los científicos concluyeron que las roturas y desgarros fueron causadas por una propiedad intrínseca de la transición de fase en sí.

"La fase de gel es más denso fase fluida," Gewirth dijo, "así los defectos fueron probablemente causadas por el cambio de la densidad y, en menor medida, para la contracción térmica."

A medida que el material solidificado, se convirtió en altamente tensa como resultado de la gran diferencia de densidad entre las dos fases, dijo Gewirth. Cuando la membrana se disolvió de nuevo, el esfuerzo fue puesto en libertad en lugares científicos no habían anticipado: La disolución se inició en sectores distintos de defectos. De hecho, los defectos fueron los últimos en volver a la fase de fluido, debido a que la cepa se elimina como resultado de defectos en el proceso de desgarramiento.

"La conclusión es que la historia importa", dijo Steve Granick, profesor de ciencia de los materiales, la química y la física. "El método de preparación de la fase de gel influye fuertemente en los defectos estructurales derivados, y esto a su vez tiene un impacto significativo en el fluido de transición gel posterior."

La presencia de defectos plantea algunos problemas, pero también ofrece algunas oportunidades para hacer y utilizar las capas dobles. En biosensores, por ejemplo, los defectos pueden afectar tanto el rendimiento del dispositivo y las características de almacenamiento a largo plazo.

"Estos biosensores utilizan normalmente con la membrana en la fase fluida, sino que se almacenan en la fase de gel", dijo Granick. "Los defectos que forman el material solidificado pueden hacer que el diafragma para responder de una manera diferente de lo esperado. Como resultado, el sensor puede no detectar la sustancia química se ha diseñado."

Por otra parte, los defectos pueden ser útiles como sitios para cambiar las propiedades de bicapas apoyados a través de la incorporación de componentes adicionales, dijeron los científicos. En este caso, los defectos servirían como portales a través de la membrana, en la que se pueden introducir en las proteínas u otros componentes, y luego recubiertos por el aumento de la temperatura.

"Nuestros experimentos han demostrado que estas bicapas de fosfolípidos son mucho más complicado de lo que la mayoría de gente se dio cuenta", dijo Granick. "Hay muchas cuestiones complejas de procesamiento de las materias que deben ser considerados en el tiempo y el uso."

Los trabajadores del proyecto fueron el estudiante graduado Anne Xie y el investigador postdoctoral Ryo Yamada. El Departamento de Energía de los Estados Unidos ha financiado el trabajo a través de una subvención al Laboratorio de Materiales de Investigación Frederick Seitz en el campus de Illinois.

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