Pinipigilan ng mga yelo na nagbubuklod ng yelo ang paglago ng yelo

Ang mga simulation ng bias ng yelo ay maaaring makakita ng lugar ng nagbubuklod ng yelo ng hyperactive antifreeze na protina mula sa Tenebrio molitor beetle, TmAFP. Kredito: Pavithra M. Naullage

Ang ilang mga molekula ay mahigpit na nagbubuklod sa ibabaw ng yelo at bumubuo ng isang hubog na interface na maaaring tumigil sa karagdagang paglago ng yelo. Ang ilang mga species ng insekto, halaman at nilalang ng dagat ay naglalaman ng mga protein Molekyul ng ganitong uri, na kumikilos bilang natural na mga sangkap na antifreeze, na pinapayagan ang mga organismo na makatiis ng temperatura sa ibaba ng pagyeyelo.

sa Ang Journal ng Chemical Physics, ayon sa AIP Publishing, nagpapakita ang mga siyentipiko ng isang computational na pamamaraan para sa pagmomodelo ng pagbubuklod ng yelo gamit ang isang diskarteng prestressing upang suportahan ang pagbuo ng yelo sa simulation.

Ang mga protina ng antifreeze ay kumikilos sa pamamagitan ng pagbubuklod sa umiiral na interface sa pagitan ng yelo at likidong tubig. Ang nagresultang hubog na ibabaw ay tumitigil sa paglaki ng yelo. Mayroon ding mga molekulang yelo ng yelo na nagpapasimula sa pagbuo ng yelo mula sa subcooled na likidong tubig.

Ang parehong mga phenomena ay nangangailangan ng isang pag-unawa sa kung paano umiikot ang mga molekula sa yelo. Ang pag-unawa sa pagbubuklod ng yelo ay mahalaga para sa mga magkakaibang aplikasyon tulad ng cryopreservation ng mga organo at pagmomodelo ng klima, ngunit wala pa ring mga pamamaraan sa computational para sa mabisang pagmomodelo ng hindi pangkaraniwang bagay na ito.

“Ang pangunahing bentahe ng diskarte sa sim prestress ng yelo ay na sabay nitong kinikilala ang ibabaw ng ice-binding, ang mukha ng yelo kung saan ito nagbubuklod, at ang paraan ng pagbubuklod,” sabi ni Valeria Molinero.

Ang mga investigator ay lumikha ng dalawang uri ng mga modelo. Isang uri ang lahat-atomo isang modelo na naglalaman ng lahat ng mga atomo sa likido at mga yelo na yugto ng tubig pati na rin sa molekula ng pinaghalong antifreeze. Ang pangalawang uri ng modelo na pinag-aralan ay tinatawag na modelo ng magaspang na butil, na nakakatipid ng mga mapagkukunan ng computational sa pamamagitan ng paghahalo ng mga atom sa mas simpleng mga istraktura.

Sinuri ng pag-aaral ang isang bilang ng mga molekula na nagbubuklod sa yelo, kasama na ang polyvinyl alkohol, isang synthetic inhibitor ng ice recrystallization, pati na rin ang natural na mga protina na antifreeze tulad ng Tenebrio molitor beetle. Ang mga protina ay nagpose ng isang hamon sa simulation dahil mayroon silang napakaliit na mga ibabaw ng yelo na nagbubuklod. Nililimitahan nito ang laki ng ice kristal na maaari nilang ibigkis.

Ang ilang mga system ay may higit sa isang lugar kung saan maaaring tumali ang yelo. Ito ang kaso sa natural na antifreeze protein sa diatom ng sea ice Frailariopsis cylindrus. Upang malaman kung ang naturang protina ay may higit sa isang ibabaw ng yelo-umiiral, ang IBS, ang mga investigator ay gumawa ng isang pamamaraan na tinawag nilang “takip at ulitin.”

“Sa diskarteng ito, gumawa muna kami ng isang hiwa na simulation upang makita ang IBS.” Pagkatapos ay saklawin namin ang IBS na ito upang maiwasan ang pagbuo ng yelo, at gumawa kami ng pangalawang bias simulation upang makita kung bumubuo ang yelo sa iba pang mga lugar, “sabi ni Molinero.

Ang mga pamamaraang nabuo sa pag-aaral na ito ay nagpapakita ng mahusay na pangako para sa isang bilang ng mga aplikasyon, kabilang ang paghahanap para sa mga molekula upang maprotektahan ang mga nakapirming tisyu sa panahon ng pag-iimbak, karagdagang pag-unawa sa natural na mga protina na antifreeze, at sa mga modelo ng klima kung saan ang yelo na buto ay may pangunahing papel sa kapaligiran.

Sanggunian: “Isang mahusay na diskarte sa pagkalkula sa pagkilala sa mga ibabaw ng yelo at kung paano nila ito binibigkis ang yelo”, nina Pavithra M. Naullage, Atanu K. Metya at Valeria Molinero, Nobyembre 3, 2020, Journal ng Physical Physical.
DOI: 10.1063 / 5.0021631

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mga bloke ng dami ng gusali para sa mga kakaibang elektronikong katangian ng magnetiko at magnetiko

Ang mga metal ng paglipat ay naka-crosslink sa graphene ng isang form ng electron beam na nangangako ng mga bloke ng kabuuan ng gusali....

Global Warming Threatens Food Chains – “Ang Epekto ay Maaaring Maging Mahusay”

Sinuri ng pag-aaral ang plankton sa mga lawa ng tubig-tabang na nahantad sa pitong taon ng pang-eksperimentong init. Kredito: University of Exeter Ang pagtaas...

Pagbotelya ng Pinakalamig na Plasma sa Daigdig upang Ipakita ang mga Lihim ng Lakas ng Fusion

Ang mag-aaral na nagtapos sa Rice University na si Grant Gorman ay nagtatrabaho sa Rice's Ultracold Atoms at Plasmas Lab. Larawan: Jeff Fitlow...

Pakiramdam ng Paglahok sa Susi sa Pagsulong

Ang mga mag-aaral ng high school ay lalo na na uudyok sa loob ng paaralan kung sa palagay nila kabilang sila sa kanilang paaralan. Maaaring...

Ang mga mananaliksik ay nagkakaroon ng mas mabilis na pagtatasa ng network upang mapahusay ang mga referral algorithm at mga paghahanap sa web

Ang mga mananaliksik ng MIT ay bumuo ng software upang mas mahusay na patakbuhin ang mga aplikasyon ng grapiko sa isang saklaw ng hardware...

Newsletter

Subscribe to stay updated.