Le interazioni idrofobiche sono uno dei principali tipi di forza intermolecolare che svolge un ruolo vitale in molti processi vitali in Chimica e Fisica. Nei sistemi biologici, le interazioni idrofobiche possono stabilizzare i nuclei interni delle proteine ​​e formare vescicole lipidiche che immagazzinano i nutrienti nelle nostre cellule. Nelle proteine, le interazioni idrofobiche possono stabilizzare i nuclei interni e formare vescicole lipidiche che immagazzinano i nutrienti nelle nostre cellule. Ciò che è così intrigante nell'interazione idrofobica è che esibisce una proprietà cooperativa chiamata cooperatività, che non esiste in altre forze intermolecolari fondamentali, come le interazioni dipolo-dipolo e le forze di Van der Waals. Cooperazione significa che in presenza di più molecole (almeno più di due), la forza complessiva dell'interazione tra le molecole è molto maggiore di quella quando ci sono solo due molecole che agiscono in coppia.

Una grande lacuna nella conoscenza da manuale dell'interazione idrofobica e della sua cooperatività che ha profonde implicazioni in molti processi fondamentali in natura è:fino a che punto la cooperatività contribuisce alle interazioni idrofobiche che stabilizzano l'assemblaggio delle macromolecole? Un gigantesco ostacolo alla soluzione di questo enigma di vecchia data è l'estrema difficoltà di quantificare la cooperatività mediante esperimenti, poiché la cooperatività è originata dai movimenti collettivi delle reti di legami idrogeno dell'acqua che circondano i soluti idrofobici.

In una svolta, gli scienziati della Hong Kong University of Science and Technology hanno superato queste sfide progettando un innovativo miscelatore microfluidico che monitora la fluorescenza indotta dall'aggregazione idrofobica. Questo progresso scientifico non solo consente la quantificazione dell'interazione idrofobica molecolare e della sua cooperatività in soluzione bulk, ma fornisce anche un'evidenza chiara e quantitativa del ruolo critico della cooperatività nell'aggregazione idrofobica che viene consolidata dalla loro teoria cinetica di nucleazione-crescita.

I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura il 31 maggio 2017.

"Per quantificare le interazioni idrofobiche, abbiamo monitorato in tempo reale l'aggregazione idrofobica in soluzione bulk su scala temporale di microsecondi, " ha detto il prof. Xuhui Huang, autore corrispondente del manoscritto. "Per realizzare questo, abbiamo sondato la fluorescenza indotta dall'aggregazione su rapida miscelazione di acqua e soluto idrofobo utilizzando il dispositivo microfluidico. Abbiamo quindi adattato la fluorescenza misurata alla teoria cinetica della nucleazione-crescita".

"Il dispositivo microfluidico all'avanguardia ci consente di tracciare l'aggregazione della molecola di soluto a brevissimo, tempi di microsecondi dovuti alle dimensioni fini del getto di soluto (a submicron di diametro) focalizzato dal flusso microfluidico. I nostri risultati hanno dimostrato che l'attaccamento di un monomero idrofobo al suo aggregato in acqua avviene al di sotto del microsecondo." Prof. Shuhuai Yao, l'altro autore corrispondente ha ulteriormente elaborato.