Een type moleculair oppervlak waarvan men denkt dat het extreem glad is, blijft misschien niet onder alle omstandigheden zo, volgens nieuw onderzoek van UChicago en Argonne in Science.

De studie door wetenschappers van het Institute for Molecular Engineering van de University of Chicago en het Argonne National Laboratory kan gevolgen hebben voor degenen die deze oppervlakken proberen te gebruiken voor nieuwe technologieën, zoals gewrichtsvervangingen of anti-condens oppervlakken.

Wetenschappers zijn de afgelopen tien jaar erg geïnteresseerd geraakt in een soort moleculaire formatie die een polyelektrolytborstel wordt genoemd. zei co-auteur van de studie en IME-directeur Matt Tirrell, omdat men denkt dat ze oppervlakken glad maken. Deze moleculen, die eruitzien als een veld van kleine haartjes die overeind staan ​​wanneer ze worden opgeladen, worden recht gehouden omdat de negatieve ladingen langs elke borstel elkaar afstoten. Soortgelijke moleculen bekleden onze gewrichten en onze maag-darmkanalen.

Maar tot op heden studies keken allemaal naar deze borstels terwijl ze waren ondergedompeld in zuiver water of water met ionen met slechts +1 ladingen. Veel omstandigheden in de echte wereld, zoals in het menselijk lichaam, blootstelling aan vloeistoffen met meerwaardige ionen - die met +2 of +3 ladingen, zoals calcium en magnesium, in plaats van alleen +1.

Toen het team besloot te onderzoeken hoe de borstels presteerden in zulke zoute vloeistoffen, ze zagen de gladheid steil afnemen.

"Het enige dat nodig is, zijn minieme hoeveelheden van deze ionen om de structuur volledig te veranderen, " zei studie co-auteur Juan de Pablo, de Liew Family Professor in Molecular Engineering. "Misschien verwachten we enige verandering, maar om zulke dramatische veranderingen te zien met zulke kleine hoeveelheden was een verrassing."

Toen Nick Jackson, een Maria Goeppert Mayer Fellow te Argonne, de reacties gesimuleerd, ze konden zien hoe het drama zich afspeelt op moleculair niveau.

"Deze multivalente zouten laten het hele ding gewoon instorten, "Tirrell zei. "De normaalkrachten tussen de oppervlakken worden in plaats daarvan tot elkaar aangetrokken, en de borstels worden plakkerig en krimpen in kleine klodders."

Het effect verergert ook wanneer de borstels worden samengeknepen - een andere veelvoorkomende aandoening in de echte wereld.

Het is een opvallend effect, zeiden de wetenschappers, en het is een zorg voor wetenschappers en ingenieurs die proberen om van de borstels technologie te maken. "Het is mogelijk dat deze polyelektrolytborstels niet echt fundamenteel verantwoordelijk zijn voor de smering van gewrichten, "Tirrel zei, of dat er andere effecten in het spel zijn die we nog niet helemaal begrijpen.

De simulatie werd gedeeltelijk uitgevoerd op Blues, een high-performance computercluster beheerd door het Laboratory Computing Resource Center van het Argonne National Laboratory.