Нанолед под давлением превращается в ДНК

Профессор химии Сяо Чен Цзэн (Cheng Zeng) из университета Небраски-Линкольна и его коллеги проводят регулярные исследования по математическому моделированию веществ, находящихся в экстремальных условиях, сообщает PhysOrg. Однако до сих пор результаты их работы не имели практического применения — они только способствовали более глубокому пониманию фундаментальных физико-химических процессов, происходящих в различных материалах.

Ученые проводили молекулярное моделирование процессов, происходящих с молекулами льда и талой воды, помещенными в углеродные нанотрубки. Оказалось, что под высоким давлением молекулы самостоятельно собираются в спираль, структурно напоминающую молекулу ДНК.

Как считают ученые, эти результаты могут помочь при лечении болезни Альцгеймера, а также при лечении коровьего бешенства. Теперь можно будет предсказать, как именно происходит самосборка наноматериалов и белков при этих заболеваниях.

Ученые-планетологи также получат новую фундаментальную базу для представления о том, какие структурные виды воды могут быть встречены космонавтами на других планетах Солнечной системы.

Расчеты по моделированию состояния нанольда проводились на суперкомпьютере UNL’s PrairieFire. В качестве контейнера для нанольда была выбрана однослойная углеродная нанотрубка диаметром 1,4 нанометра.

В 2001 году группа ученых получила первые результаты моделирования состояний нанольда, но мощностей суперкомпьютера не хватало для того, чтобы исследовать поведение нанольда под высоким давлением и температурой. Компьютер PrairieFire в 20 раз быстрее того, на котором проводились исследования в 2001 году, поэтому ученые смогли проверить модель при давлении около 40 тыс. атмосфер.

Удивительно, что молекулы упорядочились в спираль, соединившись друг с другом водородными связями. В результате повышения давления молекулы в нанотрубке компактно уложились за несколько десятков наносекунд.

Изучение процессов самосборки — одна из важнейших проблем биохимии белков. При заболевании коровьим бешенством, например, белки спонтанно самособираются в фибриллы, разрушающие головной мозг. Изучение механизмов самосборки может помочь в лечении этих заболеваний.