Esperimenti in silico svelano meccanismi molecolari di bagnatura superficiale:geometria delle nanogocce utilizzata nel calcolo dell'angolo di contatto dell'acqua su melittina appiattita, una superficie nanomodellata naturale. Immagine per gentile concessione di Alenka Luzar, dottorato di ricerca, /VCU.
(PhysOrg.com) -- I ricercatori della Virginia Commonwealth University hanno identificato i meccanismi molecolari in gioco per le energie libere di bagnatura non additiva su superfici chimicamente eterogenee.
Attraverso le discipline, i ricercatori si sono chiesti a lungo come prevedere al meglio l'idrofobicità, ovvero, la resistenza di una molecola alla bagnatura – di una superficie mista dalla conoscenza dei suoi costituenti puri. Questi risultati forniscono informazioni su quel fenomeno fisico di base e possono essere utilizzati per prevedere e comprendere il costo energetico per bagnare una superficie, che può essere applicato alla nanochimica, scienza dei materiali e biofisica. Lo studio è stato pubblicato nel numero del 1 aprile del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
“Il lavoro si rivolge, tramite simulazioni a livello molecolare, una caratteristica di routine delle misurazioni macroscopiche della superficie eseguite quotidianamente nei laboratori sperimentali e mostra che i risultati osservati possono essere interpretati in modo abbastanza semplice quando le caratteristiche della scala molecolare della topografia superficiale, e un po' di chimica, sono considerati, ” ha detto la ricercatrice principale Alenka Luzar, dottorato di ricerca, un professore nel Dipartimento di Chimica VCU.
Secondo Luzar, comprendere che la bagnatura delle superfici nanomodellate a livello molecolare è importante per le applicazioni quotidiane nella scienza dei materiali, Per esempio, stampa a getto d'inchiostro, e biologia nell'idratazione delle proteine.
“Accesso del solvente a diversi ingredienti di superficie, oltre alla composizione chimica, è la chiave per la bagnabilità di un materiale eterogeneo. Questa nozione può guidare la progettazione assistita da computer di materiali migliorati e aiuta a spiegare la solubilità e la funzione delle biomolecole in soluzione acquosa, ” ha detto.
Il team ha dimostrato la non additività del coseno dell'angolo di contatto, o l'energia di adesione, sulla frazione delle sostanze chimiche idrofobe/idrofile misurando gli angoli di contatto delle nano-goccioline sulle superfici del modello. Hanno trovato queste deviazioni positive, il che significa che la superficie è più idrofila ad una data frazione di quanto precedentemente previsto dall'aspettativa lineare, o negativo, il che significa che la superficie è più idrofoba di quanto precedentemente previsto. Luzar ha affermato che la fonte di questi effetti può essere ricondotta all'asimmetria dimensionale di distinte funzionalità di superficie, poiché i gruppi più importanti nascondono quelli più piccoli.
