Forskning peger på stærk indvirkning fra vandrensning til lægemiddelproduktion

Vand er underligt - og alligevel så vigtigt. Faktisk, det er et af de mest usædvanlige molekyler på Jorden. Det koger ved en temperatur det ikke burde. Det udvider sig og flyder, når det er i fast tilstand. Dens overfladespænding er højere, end den burde være. Nu, ny forskning offentliggjort i tidsskriftet Natur har føjet en anden lige så mærkelig ejendom til vands liste over særheder. Implikationerne af denne nye åbenbaring kan have en bemærkelsesværdig indvirkning på alle vandrelaterede processer fra vandrensning til fremstilling af lægemidler.

Stephen Cronin, professor i el- og computerteknik ved USC Viterbi, og Alexander Benderskii, lektor i kemi ved USC Dornsife College of Letters, Kunst og videnskab, har vist, at når vand kommer i kontakt med en elektrodeoverflade, reagerer alle dets molekyler ikke på samme måde. Dette kan dramatisk påvirke, hvor godt forskellige stoffer kan opløses i vand underlagt et elektrisk felt, som igen, kan bestemme, hvordan en kemisk reaktion vil forekomme. Og kemiske reaktioner er en nødvendig komponent i, hvordan vi laver ... alt.

Det er passende, at dette banebrydende arbejde skal komme fra tværfaglig forskning mellem en kemiker og en elektrotekniker. Trods alt, kemi er grundlæggende et studie af elektroner, og kemiske reaktioner er det, der gør materialerne til vores moderne verden er bygget på. Hver forsker gav en vigtig komponent til arbejdet. I dette tilfælde, en banebrydende elektrode fra ingeniøren, Cronin, og en avanceret laserspektroskopi teknik fra kemikeren, Benderskii. Ultimativt, det var kombinationen af ​​disse to designs, der førte til det observerede gennembrud.

Først, Cronin designet en unik elektrode bygget af monolag grafen (kun 0,355 nm tyk). At bygge grafenelektroder i sig selv er en meget kompleks proces. Faktisk, den elektrode, der er nødvendig til denne særlige forskning, er en, som forskergrupper over hele kloden tidligere har forsøgt og ikke har kunnet gøre. "Alex og jeg havde kæmpet et stykke tid for at nå dette, og vi var nødt til at ændre vores design mange gange. Det er givende og spændende at endelig se resultaterne af vores arbejde, "Sagde Cronin.

Når elektroden er placeret på en celle af vand og begynder at køre en strøm, Benderskii's teknik spiller ind. Han bruger en særlig laserspektroskopimetode, som kun en håndfuld andre forskergrupper har været i stand til at reproducere. "Ved at bruge vores tilgang til at observere vandmolekyler for første gang under betingelserne for vores eksperimenter, vi var i stand til at se, hvordan molekylerne interagerede med feltet på en måde, som ingen tidligere havde forstået, "Sagde Benderskii.

Hvad de to fandt ud af var, at det øverste lag af vandmolekyler nærmest elektroden justeres på en helt anden måde end resten af ​​vandmolekylerne. Denne erkendelse var uventet. Men det kan åbne vejen for at køre mere præcise simuleringer af, hvordan vandige kemiske reaktioner i forskellige felter påvirker de materialer, de arbejder med. Et særligt område, hvor denne forskning kan få en umiddelbar indvirkning, er at levere rent vand. "Vand i kontakt med grafen foreslås faktisk som en ny teknologi til afsaltning, "Cronin sagde." Vores forskning kan hjælpe forskere med at designe bedre simuleringer, der i sidste ende vil bringe mennesker afsaltet rent vand hurtigere, billigere, og renere. "

Benderskii og Cronin planlægger ikke snart at afslutte deres mangeårige forskningssamarbejde. Nu hvor de har identificeret denne nye vandkvalitet, de planlægger at grave dybere. "Vores publicerede forskning handler om, hvordan vand kollektivt reagerer på en strøm. Næste, vi forsøger at forstå, hvordan dette svar fungerer på et individuelt molekylært niveau, "Sagde Benderskii.