Các nhà nghiên
cứu đã tìm ra được một cách để giữ nước ở dạng lỏng ở nhiệt độ gần đạt đến 0
tuyệt đối, thực sự là một kiến thức khoa học rất thú vị (Ảnh: suslik83/Depositphotos)
Nước biến thành băng khi được làm
lạnh đến 0 độ C và các phân tử trên bề mặt bắt đầu tinh thể hóa và hóa thành
băng, phân tán tới các phân tử lân cận và tiếp tục cho đến khi toàn bộ nước biến
thành băng rắn. Ở hình thức này, các phân tử nước được tổ chức theo một cấu trúc
lưới 3D vốn rất khác với trạng thái không có tổ chức của phân tử nước thông
thường, một đặc điểm cho phép nước chảy tự do.
Vậy sẽ thế nào nếu nước được làm
lạnh đến dưới nhiệt độ đóng băng mà không hình thành các tinh thể băng mang lại
cho nước trạng thái rắn này? Các nhà vật lý và hóa học tại ETH Zurich và Đại
học Zurich đã tìm ra được một cách mới để làm việc này và phương pháp tập trung
vào một dạng chất sinh học mà họ gọi là lipidic mesophase. Bên trong đó là các
phân tử hành xử rất giống với các phân tử chất béo tự nhiên hay lipid và sẽ
khiến chúng tự tập trung lại và tự lắp ráp thành màng.
Các màng này hình thành những
kênh hiển vi đường kính chưa tới 1 nanomet và không may cho các tinh thể băng
sắp hình thành, đơn giản là không có chỗ để chúng hình thành. Điều này có nghĩa
rằng khi nước được bổ sung vào cấu trúc, nó vẫn duy trì được trạng thái chảy
không trật tự của nó thậm chí khi được làm lạnh đến nhiệt độ cực đoan.
Để xem họ có thể đưa mọi thứ đi
xa đến đâu, các nhà nghiên cứu đã lấy một ít heli lỏng và làm lạnh cấu trúc
lipidic mesophase đến nhiệt độ lạnh cóng -263° C mà họ lưu ý là chỉ trên 0 tuyệt
đối 10° C mà không có dấu hiệu tinh thể băng. Điều này có ý nghĩa vượt qua một
thử nghiệm khoa học thú vị đơn thuần vì nó có thể giúp chúng ta thu được hiểu
biết mới về cách vật chất hành xử ở các mức nhiệt độ cực đoan như thế.
“Trong quá trình đông lạnh bình
thường khi các tinh thể băng hình thành, chúng thường làm hư hại và phá hủy màng
và các phân tử sinh học lớn quan trọng vốn ngăn chúng ta xác định cấu trúc và
chức năng của chúng khi chúng tương tác với màng lipid”, Giáo sư Raffaele
Mezzenga từ Phòng thí nghiệm thực phẩm và vật liệu mềm tại ETH Zurich giải
thích.
Đây là tình huống tiến thoái
lưỡng nan thúc đẩy một dòng nghiên cứu tương tự tại Bệnh viện đa khoa
Massachusetts năm ngoái mà ở đó các nhà khoa học đã nghĩ ra một kỹ thuật
siêu lạnh mới, bít kín bề mặt nước bằng dầu gốc hydrocarbon. Việc này ngăn nước
gặp không khí mà ở đó tinh thể đầu tiên được hình thành và cho phép họ bảo quản
một mẫu nước lỏng ở nhiệt độ -20° C.
Kiểu công trình này mở ra những
khả năng quan trọng cho các nhà nghiên cứu khác đang tìm cách hiểu cấu trúc và
chức năng của các phân tử tự nhiên theo những cách khác nhau. Nó cũng có thể
tìm thấy công dụng trong các tình huống khác mà ở đó nó sẽ hữu ích trong việc
ngăn nước đóng băng, chẳng hạn như đường băng sân bay.
“Nhưng công trình của chúng tôi
không nhắm vào các ứng dụng kỳ lạ. Trọng tâm chính của chúng tôi là cho các nhà
nghiên cứu một công cụ mới để làm dễ dàng cho việc nghiên cứu các cấu trúc phân
tử ở nhiệt độ thấp mà không bị tinh thể cản trở và rốt cuộc hiểu được cách 2
thành phần chính của sự sống là nước và lipid tương tác với nhau dưới điều kiện
cực đoan của nhiệt độ và sự hạn chế hình học”, Mezzenga cho biết thêm.
LH (New Atlas)