Sukces naukowców z IChF PAN w badaniach lepkości

Sukces naukowców z IChF PAN w badaniach lepkości

Małe cząsteczki białek podczas ruchu we wnętrzu komórki niemal nie odczuwają lepkości cytoplazmy wykazali naukowcy z Instytut Chemii Fizycznej PAN. Na łamach czasopisma "Nano Letters" wykazali oni, że efekt ten można opisać w sposób uniwersalny, obejmujący zjawiska związane z lepkością w różnych roztworach i skalach długości. Odkrycie wykorzystano do badań nad własnościami cytoplazmy komórek rakowych – podano w komunikacie IChF PAN.

Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w fizycznie spójny sposób opisali zmiany zachodzące w lepkości mierzonej w różnych roztworach i odczuwanej przez próbniki o rozmiarach od skali nano do makro. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie naukowym "Nano Letters". "Udoskonaliliśmy nasze wcześniejsze wzory i twierdzenia i z powodzeniem zastosowaliśmy je do większej liczby układów, w tym po raz pierwszy do opisu lepkości cytoplazmy w komórkach rakowych", mówi prof. dr hab. Robert Hołyst z IChF PAN.

Pierwszą publikacją naukową nawiązującą do lepkości płynów złożonych była praca Alberta Einsteina z 1906 roku. Z czasem pojawiły się jednak intrygujące wyniki pomiarów lepkości cytoplazmy w komórkach. Wskazywały one, że choć sama cytoplazma ma dużą lepkość, małe białka poruszają się w niej bez większych problemów - wiele rzędów wielkości szybciej niż wynikałoby to ze wzoru Stokesa-Sutherlanda-Einsteina.

Naukowcom z IChF PAN udało się opisać zmiany lepkości za pomocą jednego wzoru fenomenologicznego, zawierającego współczynniki tej samej natury fizycznej. Charakteryzują one zarówno ośrodek płynny (wypełniony np. siecią długich polimerów lub zlepkami cząsteczek), jak i poruszający się w nim próbnik (np. cząsteczkę białka). Nowy wzór ma charakter uniwersalny i może być stosowany dla próbników o rozmiarach od ułamków nanometrów po centymetry. Znalezione zależności obowiązują w płynach różnych typów, takich jak roztwory o elastycznej strukturze mikroskopowej (np. sieci polimerowe w rozmaitych rozpuszczalnikach) i układy mikroskopowo sztywne (np. zbudowane z wydłużonych agregatów cząsteczek - miceli).

Wyniki badań zaprezentowanych przez naukowców z IChF PAN pozwolą lepiej szacować czas migrowania leków wprowadzanych do wnętrza komórek, znajdą także zastosowanie w nanotechnologiach, np. przy wytwarzaniu nanocząstek za pomocą roztworów micel. Ich znaczenie jest też istotne dla nowoczesnych metod pomiarowych, takich jak dynamiczne rozpraszanie światła, pozwalające analizować zawiesiny cząsteczek pod kątem ich rozmiarów. Jeśli nie uwzględni się zależności lepkości od rozmiaru użytego próbnika, wyniki tych pomiarów mogą być obarczone dużymi błędami.

Badania nad lepkością w IChF PAN są współfinansowane przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach grantu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

IChF PAN

Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.

(pj)