Найдена причина притяжения одноименно заряженных частиц в сверхчистой воде
Ученые Казанского федерального университета (КФУ) установили, что одноименно заряженные частицы в сверхчистой воде притягиваются и формируют стабильные кластеры из-за присутствия экзополимерных прозрачных частиц. Открытие объясняет парадоксальное притяжение частиц с одинаковым зарядом.
Известно, что частицы с разным зарядом (положительным и отрицательным) притягиваются, а с одинаковым — отталкиваются. Однако за последние 90 лет было многократно описано парадоксальное явление — в водных растворах одинаково заряженные частицы при определенных условиях тоже могут притягиваться и формировать стабильные кластеры.
Ученые КФУ установили: данное явление объясняется тем, что даже в сверхчистой деионизованной (включая стерильную) воде присутствуют экзополимерные прозрачные частицы — нерастворимые гелеподобные структуры, состоящие из комплексов полисахаридов и других биомакромолекул. Именно эти частицы принимают участие в формировании стабильных коллоидных комплексов. Причем эти прозрачные частицы самопроизвольно формируются из биомолекул-предшественников даже в сверхчистой воде, очищенной от каких-либо форм жизни.
Достичь результатов помогла уникальная комбинация объекта и методов исследования. В работе были использованы образцы галлуазита с высоким содержанием длинных стержней (2-3 микрометра и более), а также темнопольная видеомикроскопия в реальном времени. Для характеристики прозрачных экзополимерных частиц использовали атомно-силовую микроскопию и микробиологические методы.
«Первоначально мы даже не задумывались об изучении механизмов притягивания одноименно заряженных частиц. Наша работа была направлена на характеристику агрегации нанотрубок галлуазита в средствах ухода за волосами. Мы хотели узнать, насколько стабильны суспензии галлуазита в различных растворах. Используя темнопольную микроскопию для визуализации водных дисперсий анизотропных частиц галлуазита, мы обнаружили необычную агрегацию между отдельными стержнями галлуазита. В основном он не агрегирует в чистой воде, но очень незначительное, с трудом обнаруживаемое число стержней все же формирует кластеры определенной повторяющейся формы. Стабильная агрегация одноименно-заряженных частиц галлуазита на большом расстоянии была обусловлена прозрачными экзополимерными частицами, являющимися широко распространенными в природной воде (как морской, так и пресной) полисахаридными микрогелями биологического происхождения. Нами установлено их присутствие в стерильной деионизованной воде, именно такую воду используют в лабораторных научных исследованиях», — рассказал один из участников исследования, главный научный сотрудник Центра аналитической биофотоники и инженерии клеточной поверхности Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Равиль Фахруллин.
Ученый отмечает, что формирование стабильных агрегатов показывает ранее неизвестную роль нерастворимого органического вещества в дальнодействующей агрегации одноименно-заряженных коллоидных частиц. Исследования, направленные на изучение процессов взаимодействия между коллоидными частицами, суспендированными в воде, имеют важнейшее значение для понимания природы процессов, происходящих в воде, что необходимо для решения ряда прикладных задач в области химии и биологии, например, для разработки антимикробных препаратов и покрытий.
Исследование выполнено в рамках программы «Приоритет-2030», а также поддержано грантом РНФ.