En els treballs de l'Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia (NIST) (Maryland, EUA) i de la Universitat de Maryland, a College Park (Maryland, EUA), els investigadors han elaborat i demostrat una nova forma de mesurar l'energia lliure. Mitjançant l'ús de microscòpics per rastrejar i analitzar el moviment fluctuant o la configuració de molècules individuals o altres objectes petits, el nou mètode es pot aplicar a una major varietat de sistemes microscòpics i nanoscòpics que les tècniques anteriors.
Els científics s'han basat en l'energia lliure per comprendre sistemes complexos des del desenvolupament dels motors de vapor. Aquest concepte continuarà sent tan fonamental pels enginyers i els dissenys de proteïnes i altres sistemes d'una sola molècula. Però les mesures són molt més difícils per aquells sistemes petits, de manera que aquests nous plantejaments, seran d'una importància fonamental.
Mitjançant la mesura dels canvis en l'energia lliure de com un sistema es mou o altera la seva estructura interna, els científics poden predir certs aspectes de com un sistema viu es comportarà o com funcionarà una màquina sense la tasca impossible de fer un seguiment dels moviments de tots els àtoms i molècules que conformen el sistema.
Un exemple quotidià d'energia lliure es troba en el motor de combustió interna d'un automòbil, amb una energia total igual a l'energia del seu moviment més la calor que genera. Restant l'energia tèrmica, que es dissipa del sistema, s'obté l'energia lliure.
El mètode consisteix en que els científics utilitzen un sensor de força microscòpica per tirar d'una proteïna o molècula d'ADN, que es pot comportar com una molla en miniatura quan aquesta s'estira o es comprimeix, per així mesurar els canvis en la força i la posició de com un sistema es relaxa i s'allibera de l'energia. No obstant això, l'acoblament del sensor de força pot molestar el sistema microscòpic i no es pot utilitzar per mesurar els canvis d'energia lliure que no impliquen un canvi directe en la posició.
El nou mètode, que pot utilitzar microscòpia òptica per rastrejar el moviment o la configuració de sistemes petits, determina energies lliures sense l'acoblament a un sensor de força. Les noves anàlisi podrien demostrar una manera poderosa d'analitzar el funcionament intern d'una àmplia varietat de sistemes microscòpics, incloent sistemes de vius o cèl·lules per comprendre millor els processos, com ara la ingesta d'energia, les reaccions químiques i el moviment de les molècules que es mantenen funcionant en sistemes vius.
S'està envoltat de sistemes naturals que aprofiten les fluctuacions microscòpiques en l'energia lliure, i ara s'ha trobat una manera de mesurar millor, comprendre i, finalment, manipular aquestes fluctuacions.
L'anàlisi es presta a estudiar sistemes microscòpics que comencen en un estat altament excitat amb una alta energia, lluny de l'equilibri amb el seu entorn, i després es relaxa cap a l'equilibri. Les propietats dels sistemes microscòpics poden fluctuar significativament a mesura que es relaxen a causa del moviment aleatori de la formació contínua per molècules circumdants. El nou mètode, al qual l'equip es refereix com Espectroscòpia de fluctuació per relaxació (ReFlucS), utilitza mesures d'aquestes fluctuacions durant la relaxació per determinar l'energia lliure.
Aquest enfocament mostra que es pot obtenir informació útil per observar els moviments aleatoris d'un sistema, ja que s'estableix a partir d'un estat molt lluny d'un equilibri.
Com a sistema exemplar, els científics van estudiar el moviment de les molècules d'ADN confinades en un espai a escala nanomètrica amb forma d'escala. Per estrènyer els primers passos, que són els més escassos, les molècules d'ADN s'han de comprimir amb més força que les molècules que ocupen els passos inferiors. Això dóna lloc a una major energia lliure per a les molècules a la part superior.
Font: National Institute of Standards and Technology
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada
Aquest és un blog amb moderador dels comentaris. Per tant, no apareixen immediatament