In Scienza , i ricercatori di TU/e ​​hanno pubblicato il loro studio sulle nuove transizioni di fase di soluzioni e gel nell'acqua, che sembrano andare contro i principi di base della chimica e che hanno scoperto per caso.

In chimica, un idrogel si trasforma in un liquido diluendolo con acqua. Per la transizione inversa, si aumenta la concentrazione di idrogel. Tuttavia, i ricercatori TU/e ​​guidati da Bert Meijer hanno scoperto accidentalmente che la loro soluzione liquida si trasformava in un idrogel quando diluita. Questo fenomeno non era stato studiato o descritto prima e potrebbe avere conseguenze in molte aree della chimica e della biologia.

La ricerca si concentra sulla formazione di alcuni idrogel. Ciò significa che inizia con una soluzione acquosa di, in questo caso, due sostanze (un tensioattivo e un monomero). La ricerca mostra che un gel si forma in un rapporto specifico di queste due sostanze in acqua. Questo gel è formato da lunghe reti supramolecolari composte da entrambe le sostanze. Le quantità di queste sostanze nell'acqua (le concentrazioni) determinano anche dove si trova la transizione di fase della formazione del gel. Diminuendo la concentrazione senza modificare il rapporto tra i due componenti, il gel si dissolve e diventa liquido. Finora, questo è un territorio familiare.

Ciò che è straordinario, tuttavia, è che se la soluzione viene diluita ulteriormente, si forma nuovamente un gel. Altre strutture supramolecolari ora si formano e diventa di nuovo un idrogel. E se poi viene diluito ulteriormente, diventa di nuovo liquido. Il documento ha esaminato attentamente quali dovrebbero essere le proporzioni corrette delle sostanze attive ea quali concentrazioni avvengono le transizioni di fase. Anche queste transizioni sono completamente reversibili. Se le concentrazioni vengono aumentate, le transizioni da liquido a gel a liquido a gel avvengono negli stessi punti. Questo fenomeno dovrebbe essere presente in altri campi, come la biologia, ma non è mai stato studiato e documentato prima.

Scoperta per caso

Questo cosiddetto autoassemblaggio indotto dalla diluizione è stato oggetto di ricerca nel gruppo di ricerca di Bert Meijer per circa dieci anni. Tuttavia, è stato difficile ottenere queste transizioni per formare un solido e farlo funzionare in soluzioni acquose. Ma Jesús Mosquera e Cyprien Muller hanno scoperto casualmente nell'ottobre 2019 che la loro miscela liquida di due componenti è diventata un idrogel una volta diluita.

"È molto prezioso dimostrare che ciò che impari nelle tue prime lezioni di chimica non sempre regge. Durante la diluizione, non tutti i gel e le soluzioni diventano liquidi per definizione", afferma Meijer.

Lu Su, autore principale di Scienza carta, fu subito incuriosito da quel risultato. "È stata una scoperta speciale e accidentale. E ho visto immediatamente più possibilità. E se potessimo dimostrare una doppia transizione? Quindi da un gel a un liquido, di nuovo a un gel e di nuovo a un liquido semplicemente aggiungendo più acqua. "

"Devo essere onesto, quando Jesús e Cyprien hanno iniziato la loro ricerca, non ero immediatamente convinto che avessimo qualcosa di speciale tra le mani", afferma Meijer. "Ma come capogruppo, devi supportare e fidarti dei giovani ricercatori quando iniziano qualcosa di cui sono entusiasti e non lo vedi ancora da solo. Poiché per noi era un'area nuova, il mio intuito mi ha detto di essere positivo. E questa è la cosa divertente della ricerca. Spesso, ciò che progetti in anticipo non funziona, ma puoi scoprire l'imprevisto per caso. Ecco perché li ho supportati fin dall'inizio nella creazione e nello sviluppo della loro ricerca".

Blocchi

È importante menzionare la tempistica del ritrovamento perché non molto tempo dopo, il mondo intero ha dovuto affrontare blocchi e anche i laboratori TU/e ​​hanno chiuso. Ciò ha dato a Su molto tempo per pensare a come affrontare la cosa con i suoi colleghi dopo che Jesús e Cyprien hanno lasciato i Paesi Bassi per intraprendere una carriera all'estero. "Durante le riunioni di Teams, abbiamo scambiato idee con il gruppo su come impostare gli esperimenti. Insieme, abbiamo escogitato una buona configurazione per ulteriori esperimenti".

Così, quando i laboratori hanno riaperto nell'estate del 2020, hanno subito iniziato a esplorare le loro idee. "E si è rivelato giusto!" Su dice. "Entro un mese, abbiamo svolto le basi dei nostri esperimenti e dimostrato le transizioni idrogel-soluzione-idrogel-soluzione (gel-sol-gel-sol)".

In autunno, i ricercatori hanno scritto insieme la prima bozza del loro articolo, ma il lavoro non era ancora finito. "Quando trovi qualcosa di speciale, vuoi assicurarti che le tue interpretazioni siano corrette. Ecco perché li ho incoraggiati a investire per garantire la riproducibilità e ampliare la portata", afferma Meijer. Una nuova serie di esperimenti è stata organizzata da Su. Sfortunatamente, a causa della sua gravidanza, non è stata in grado di eseguirli lei stessa nel laboratorio di chimica, ma i colleghi sono stati in grado di subentrare a lei. Gli esperimenti sono stati ripetuti più volte per ottenere risultati ancora più affidabili.

Secondo Meijer, è difficile dire quanto saranno estesi gli effetti della loro scoperta, ma è certo che avrà un impatto importante sulla chimica e sulla biologia. "Tali idrogel possono essere buone soluzioni per le sfide esistenti, come per la coltivazione di cellule staminali. Nel gel, le cellule possono dividersi in sicurezza in tre dimensioni e, una volta che ce ne sono abbastanza, diluire la soluzione e le cellule possono essere utilizzate correttamente Questo è ad esempio la ricerca che stiamo facendo attualmente insieme al gruppo di Patricia Dankers.Il trucco è, ovviamente, trovare le sostanze giuste che esibiscono questo comportamento ma non reagiscono alle pareti cellulari o si attaccano ad esse In questo modo, la nostra ricerca porta ad altre ricerche." + Esplora ulteriormente

Sono state trovate prove dell'esistenza di due forme di acqua liquida