Forskere tilbageviser lærebogskendskab i molekylære interaktioner

Van der Waals interaktioner mellem molekyler er blandt de vigtigste kræfter i biologi, fysik, og kemi, da de bestemmer egenskaberne og den fysiske adfærd for mange materialer. I lang tid, det blev anset for, at disse interaktioner mellem molekyler altid er attraktive. Nu, for første gang, Mainak Sadhukhan og Alexandre Tkatchenko fra Physics and Materials Science Research Unit ved Luxembourg University fandt ud af, at van der Waals -kraften mellem to molekyler i mange ret almindelige situationer i naturen bliver frastødende. Dette kan føre til et paradigmeskift i molekylære interaktioner.

"Lærebøgerne gik indtil videre ud fra, at kræfterne udelukkende er attraktive. For os er det interessante spørgsmål er, om du også kan gøre dem frastødende, "Prof Tkatchenko forklarer." Indtil for nylig har der var ingen vidnesbyrd i videnskabelig litteratur om, at van der Waals styrker også kunne frastøde. "Nu, forskerne har vist i deres papir, offentliggjort i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve , at kræfterne er, faktisk, frastødende, når de finder sted under indespærring.

Den allestedsnærværende van der Waals-styrke blev først forklaret af den tysk-amerikanske fysiker Fritz London i 1930. Ved hjælp af kvantemekanik, han beviste van der Waals -kraftens rent attraktive karakter for to molekyler, der interagerer i det frie rum. "Imidlertid, i naturen interagerer molekyler i de fleste tilfælde i trange rum, såsom celler, membraner, nanorør, osv. I denne særlige situation, van der Waals kræfter bliver frastødende på store afstande mellem molekyler, "siger prof Tkatchenko.

Mainak Sadhukhan, medforfatter af undersøgelsen, udviklet en ny kvantemekanisk metode, der gjorde dem i stand til at modellere van der Waals kræfter i indespærring. "Vi kunne rationalisere mange tidligere eksperimentelle resultater, der hidtil var uforklarlige. Vores nye teori tillader, for første gang, for en fortolkning af mange interessante fænomener observeret for molekyler under indeslutning, "Siger Mainak Sadhukhan.

Opdagelsen kan have mange potentielle konsekvenser for levering af farmaceutiske molekyler i celler, afsaltning og transport af vand, og selvsamling af molekylære lag i fotovoltaiske enheder.

Prof Tkatchenkos forskningsgruppe arbejder på metoder, der modellerer egenskaberne ved en lang række intermolekylære interaktioner. Først i 2016, de fandt ud af, at disse van der Wals -kræfters sande natur adskiller sig fra konventionel visdom inden for kemi og biologi, da de skal behandles som kobling mellem bølger snarere end som gensidig tiltrækning (eller frastødning) mellem partikler.