Hydrofobe interacties zijn een belangrijk type intermoleculaire kracht die een vitale rol speelt in veel levensprocessen in de scheikunde en natuurkunde. In biologische systemen, hydrofobe interacties kunnen de interne kernen van eiwitten stabiliseren en lipideblaasjes vormen die voedingsstoffen in onze cellen opslaan. In eiwitten, hydrofobe interacties kunnen de interne kernen stabiliseren en lipideblaasjes vormen die voedingsstoffen in onze cellen opslaan. Wat zo intrigerend is aan hydrofobe interactie is dat het een coöperatieve eigenschap vertoont die coöperativiteit wordt genoemd, die niet bestaat in andere fundamentele intermoleculaire krachten, zoals dipool-dipool interacties en Van der Waals krachten. Coöperativiteit betekent dat in de aanwezigheid van meerdere moleculen (minstens meer dan twee), de algehele sterkte van de interactie tussen de moleculen is veel groter dan wanneer er slechts twee moleculen in paren werken.

Een grote lacune in de leerboekkennis van hydrofobe interactie en de coöperativiteit ervan, die ingrijpende gevolgen heeft voor veel fundamentele processen in de natuur, is:in hoeverre draagt ​​coöperativiteit bij aan hydrofobe interacties die de assemblage van macromoleculen stabiliseren? Een gigantische wegversperring bij het oplossen van deze al lang bestaande puzzel is de extreme moeilijkheid om samenwerking te kwantificeren door middel van experimenten, omdat coöperativiteit voortkomt uit de collectieve bewegingen van water-waterstofbindingsnetwerken die hydrofobe opgeloste stoffen omringen.

Bij een doorbraak, wetenschappers van de Hong Kong University of Science and Technology hebben deze uitdagingen overwonnen door een innovatieve microfluïdische mixer te ontwerpen die de fluorescentie bewaakt die wordt veroorzaakt door hydrofobe aggregatie. Deze wetenschappelijke vooruitgang maakt niet alleen de kwantificering van moleculaire hydrofobe interactie en de coöperativiteit ervan in bulkoplossing mogelijk, maar biedt ook een duidelijk en kwantitatief bewijs voor de cruciale rol van coöperativiteit bij hydrofobe aggregatie die wordt geconsolideerd door hun theorie over kinetische nucleatie-groei.

Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie op 31 mei, 2017.

"Om hydrofobe interacties te kwantificeren, we hebben hydrofobe aggregatie in bulkoplossing in realtime gevolgd op een tijdschaal van microseconden, " zei prof. Xuhui Huang, corresponderende auteur van het manuscript. "Om dit te behalen, we onderzochten fluorescentie veroorzaakt door aggregatie bij snelle vermenging van water en hydrofobe opgeloste stof met behulp van het microfluïdische apparaat. Vervolgens hebben we de gemeten fluorescentie aangepast aan de kinetiek-nucleatie-groeitheorie".

"Het ultramoderne microfluïdische apparaat stelt ons in staat om de aggregatie van het opgeloste molecuul op zeer korte, tijdschalen van microseconden vanwege de fijne afmetingen van de opgeloste stofstraal (met een diameter van submicron) die wordt gefocust door microfluïdische stroom. Onze resultaten toonden aan dat de aanhechting van een hydrofoob monomeer aan zijn aggregaat in water plaatsvindt binnen een microseconde." Prof. Shuhuai Yao, de andere corresponderende auteur verder uitgewerkt.