مركب بسيط لمنع التجمد

ويوفر هذا الاكتشاف العديد من المزايا، بما في ذلك انخفاض تكاليف الإنتاج والاستقرار وسهولة استخدام المركب، وهي مزايا ستمهد الطريق للتطبيقات الصناعية.

تبين أن المركب الكيميائي المستخدم لتثبيت الجزيئات المعلقة يتحكم في نمو بلورات الثلج. من المثير للدهشة أن المركب المعني هو جزيء بسيط ويختلف تمامًا عن الجزيئات الكبيرة المعروفة اليوم بالعوامل المضادة للتجمد. ويوفر هذا الاكتشاف العديد من المزايا، بما في ذلك انخفاض تكاليف الإنتاج والاستقرار وسهولة استخدام المركب، وهي مزايا ستمهد الطريق للتطبيقات الصناعية.

كما توفر نتائج البحث، المنشورة في المجلة العلمية PLoS ONE، أدلة جديدة لتطوير محاكيات اصطناعية للبروتينات المضادة للتجمد، تختلف عن تلك الموجودة حاليًا في السوق.

يمكن أن يسبب تكوين بلورات الثلج العديد من الأضرار، وأحيانًا تكون مدمرة، مثل تفكك الخلية في الكائنات الحية، وتلف الأرض والطرق في الظروف الجوية الجليدية، وتشكل بلورات الثلج في الآيس كريم وغيرها. كل هذه أمثلة لمواقف يكون فيها التحكم في تكوين الجليد مفيدًا ومفيدًا. لقد تكيفت العديد من الكائنات الحية والمخلوقات التي تعيش في البيئات الباردة عبر التاريخ وأصبحت قادرة على التحكم في تكوين الجليد. يعتمد بقاؤها على قيد الحياة في درجات حرارة منخفضة على وجود البروتينات المضادة للتجمد، والتي تتكون جميعها من سلاسل عضوية طويلة جدًا ذات بنية amphiphilic [amphiphilic، تتكون من مجموعات قابلة للذوبان في الماء (محبة للماء) وغير قابلة للذوبان في الماء (كارهة للماء)]. كيف تتفاعل هذه البروتينات مع بلورات الثلج؟ ويحاول الباحثون تحديد وشرح الآلية التي تسمح للبروتينات المضادة للتجمد بالتعرف على هذه البلورات، لكن الظاهرة لا تزال غير مفهومة بشكل كامل. بالإضافة إلى ذلك، وبما أن تكلفة إنتاج هذه البروتينات مرتفعة بشكل خاص، فإن الحل المفضل هو إعداد تقليد اصطناعي مستوحى من الهياكل الطبيعية. جميع البروتينات المعروفة اليوم بخصائصها المضادة للتخثر هي جزيئات كبيرة (مثل البروتينات السكرية، والسكريات، وما إلى ذلك).

اكتشف باحثون فرنسيون من معهد أبحاث CNRS أن خلات الزركونيوم، وهو مركب كيميائي يستخدم عادة لتثبيت الجزيئات المعلقة، قادر على التحكم في تكوين بلورات الجليد. يحدد المركب بنية بلورات الثلج التي تم الحصول عليها أثناء تجميد محلول يحتوي على الماء. تكون البلورات التي يتم الحصول عليها بعد إضافة خلات الزركونيوم موحدة جدًا، في حين أن البلورات التي يتم الحصول عليها بدونها تكون غير متبلورة.

هذه النتائج مثيرة للدهشة للغاية، وذلك في ضوء حقيقة أن خلات الزركونيوم عبارة عن ملح، وهو مركب بسيط يختلف جذريًا عن الجزيئات الكبيرة المعروفة بخصائصها المضادة للتجمد. وحتى الآن لم يكن هذا المركب معروفا على أنه مادة قادرة على التحكم في تكوين بلورات الجليد. يمكن إجراء هذا التحكم بعدة طرق: عن طريق تقليل سرعة نمو البلورات (من أجل تقليل تكوينها)، أو من خلال تقليل نقطة التجمد (من أجل تأخير تكوينها)، أو من خلال التحكم في بنيتها، كما يحدث في هذا قضية. ولأن هذه النتيجة تشير إلى وجود تفاعل مباشر مع بلورات الجليد، فقد فوجئ الباحثون عندما اكتشفوا أن جزيئات متنوعة مثل خلات الزركونيوم والبروتينات قادرة على التأثير على تكوين البلورات.

يوفر هذا المركب مزايا كبيرة مقارنة بمعادلاته الموجودة، سواء كانت طبيعية أو صناعية. المركب رخيص الإنتاج، ومستقر، و"بسيط"، وسهل الاستخدام، وهي خصائص تبشر بالخير للتطبيقات الصناعية المستقبلية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن هذا المركب يختلف تمامًا عن جميع المواد التي تم تحديدها و/أو تطويرها مسبقًا لهذا الاستخدام، فقد يؤدي إجراء المزيد من الأبحاث إلى تطوير جزيئات أخرى ذات خصائص مضادة للتخثر. أصبح هذا البحث ممكنًا بفضل استخدام تقنيات حيود الأشعة السينية المتقدمة وطرق التصوير.

أخبار الدراسة