Maleńkie cząsteczki nie "czują" lepkości :: Artykuły / Polski Serwis Naukowy

Polecamy również:

Badania nad lepkością komórek pogłębiają wiedzę o nowotworach

Polacy rozwiązali zagadkę lepkości w skali nano

"Wytwórnia białek" w komórkach sfilmowana w akcji

"AIDS: ryzyko znasz- reszta zależy od ciebie"

"Czas na Nano" - konkurs dla młodych odkrywców

Naukowcy zaskoczeni pierwszą próbą "wielkiego zderzacza"

Cząsteczki o rozmiarach poniżej kilku nanometrów nie grzęzną w lepkich płynach. Dzięki temu niektóre białka poruszają się swobodnie w cytoplazmie wypełniającej komórki. Reguły te dotyczą wszystkich roztworów - odkryli naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN. Wyniki swoich badań chemicy z Warszawy opisali w artykule opublikowanym w czasopiśmie "Nano Letters". Wyniki te przydadzą się w praktyce, np. pozwolą lepiej szacować czas migrowania leków wprowadzanych do wnętrza komórek - poinformował Instytut w komunikacie przesłanym PAP.

Naukowcy z IChF PAN opisali zmiany zachodzące w lepkości mierzonej w różnych roztworach i odczuwanej przez próbniki, czyli cząsteczki związków chemicznych, o rozmiarach od skali nano do makro. "Udoskonaliliśmy nasze wcześniejsze wzory i twierdzenia i z powodzeniem zastosowaliśmy je do większej liczby układów, w tym po raz pierwszy do opisu lepkości cytoplazmy w komórkach rakowych" - mówi prof. dr hab. Robert Hołyst z IChF PAN.

Pierwszą publikacją naukową nawiązującą do lepkości płynów złożonych była praca Alberta Einsteina z 1906 roku. Z czasem pojawiły się jednak intrygujące wyniki pomiarów lepkości cytoplazmy w komórkach. Wskazywały one, że choć sama cytoplazma ma dużą lepkość, małe białka poruszają się w niej bez większych problemów - wiele rzędów wielkości szybciej niż wynikałoby to ze wzoru Stokesa-Sutherlanda-Einsteina.

Naukowcom z IChF PAN udało się opisać zmiany lepkości za pomocą jednego wzoru, zawierającego współczynniki tej samej natury fizycznej. Nowy wzór jest uniwersalny i może być stosowany dla próbników o rozmiarach od ułamków nanometrów po centymetry. Opisywane nim zależności obowiązują w płynach różnych typów, takich jak roztwory o elastycznej strukturze mikroskopowej (np. sieci polimerowe w rozmaitych rozpuszczalnikach) i układy mikroskopowo sztywne (np. zbudowane z wydłużonych agregatów cząsteczek - tzw. miceli).

W pracy opublikowanej w "Nano Letters" badacze zastosowali nowy wzór do opisu ruchu fragmentów DNA i innych próbników w mysich komórkach mięśniowych (Swiss 3T3) i ludzkich komórkach rakowych (HeLa). "Udało się nam wykazać, że lepkość płynu w komórce rzeczywiście zależy nie tylko od struktury wewnątrzkomórkowej, ale także od rozmiaru próbnika użytego przy pomiarze" - wyjaśnia doktorant Tomasz Kalwarczyk z IChF PAN.

Naukowcy z IChF PAN zmierzyli tzw. długość korelacji, która w cytoplazmie komórek Swiss 3T3 wyniosła 7 nanometrów (nanometr to milion razy mniej niż milimetr), a w komórkach HeLa - 5 nm. Długość korelacji jest dla lepkości wartością graniczną - białka o rozmiarach mniejszych poruszają się w komórce swobodnie. Drugą wyznaczoną wielkością graniczną był promień hydrodynamiczny obiektów tworzących sam płyn. Jest to również istotny parametr, ponieważ próbniki większe od tego promienia podlegają już lepkości makroskopowej (próbniki większe od długości korelacji, lecz mniejsze od promienia hydrodynamicznego "odczuwają" lepkość gwałtownie rosnącą wraz z ich rozmiarami).

Okazało się, że w komórkach HeLa lepkość makroskopową "odczuwają" próbniki większe od 350 nm, podczas gdy w komórkach Swiss 3T3 próg wynosi zaledwie 120 nm. "Dzięki naszym badaniom pojawiła się nowa metoda charakteryzowania struktury komórek - za pomocą pomiarów lepkości ich cytoplazmy" - podkreśla Kalwarczyk.

Wyniki badań pozwolą naukowcom lepiej szacować czas migrowania leków wprowadzanych do wnętrza komórek, znajdą także zastosowanie w nanotechnologiach, np. przy wytwarzaniu nanocząstek za pomocą roztworów micel. Ich znaczenie jest też istotne dla nowoczesnych metod pomiarowych, takich jak dynamiczne rozpraszanie światła, pozwalające analizować zawiesiny cząsteczek pod kątem ich rozmiarów. Jeśli nie uwzględni się zależności lepkości od rozmiaru użytego próbnika, wyniki tych pomiarów mogą być obarczone dużymi błędami.

Badania nad lepkością w IChF PAN są współfinansowane przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach grantu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

PAP - Nauka w Polsce, Urszula Rybicka

* Cząsteczki poruszające się w sieci polimerowej płynu złożonego odczuwają różną lepkość w zależności od swych rozmiarów. (Źródło: IChF PAN)

** Lepkość zależy nie tylko od mikroskopowej struktury płynu złożonego (na zdjęciu kłąb przewodów obrazuje kłębki polimerowe w cieczy), ale także od rozmiaru użytego próbnika (w demonstracji użyto w tym charakterze piłki tenisowej). Zjawisko przedstawia doktorant Tomasz Kalwarczyk z Instytutu Chemii Fizycznej PAN. (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)

agt/bsz

komentuj publikację

Czy wiesz że...?

wersja BETA

Ciecz elektroreologiczna (ang. electrorheological fluid) substancja analogiczna do cieczy magnetoreologicznej, ale składająca się z zawiesiny drobin przewodnika, przez co jej lepkość ulega zmianie pod wpływem pól elektrycznych. pełny tekst

Aktywność molowa związków chemicznych to efektywne stężenie tych substancji, uwzględniające odchylenia tych związków od zachowania idealnego, wynikające ze zjawisk dyfuzyjnych, lepkościowych lub elektromagnetycznych mających miejsce w stężonych roztworach lub gazach pod wysokim ciśnieniem. pełny tekst

Reopeksja (antytiksotropia) - własność niektórych płynów nienewtonowskich do tworzenia struktury molekularnej w wyniku ścinania, przy czym energia ścinania nie może przekroczyć wartości charakterystycznej dla danego materiału (w wypadku jej przekroczenia może nastąpić zniszczenie struktury). Jest to własność w przybliżeniu odwrotna do tiksotropii. W praktyce oznacza to zastyganie substancji (zwiększenie lepkości) w wyniku np. umiarkowanego mieszania, następujące szybciej niż w innych warunkach. pełny tekst

Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (w skrócie IChF PAN) instytut naukowy Polskiej Akademii Nauk z siedzibą w Warszawie. Obecnie tematyka badań w IChF jest skoncentrowana wokół aktualnych problemów fizykochemii. pełny tekst

Reometr kapilarny - urządzenie służące do pomiaru związanego z charakterystyką płynięcia i lepkości mieszanki kauczukowej oraz z oceną lepkości i sprężystości tego materiału w stanie plastycznym. pełny tekst

Moduł "Czy wiesz że...?" (wersja testowa, beta): definicje/pojęcia wygenerowane w obrębie tego modułu pochodzą z Wikipedii i udostępniane są na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Dostęp do pełnej wersji każdego hasła (oraz dokładnch informacji na temat licencji, autora oraz edycji) możliwy jest po kliknięciu w odnośnik opisany jako "pełny tekst".