물의 새로운 특성 발견 -냉각수의 미세한 피망 슬롯 머신 -

2015 년 11 월 19 일

<Work Results>
Matsumoto Masakazu 부교수의 연구팀과 다른 사람들은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 세계에서 처음으로 과냉각수의 미세 피망 슬롯 머신를 풀었습니다.
액체 상태에서, 물은 일반적으로 분자의 결정-유사 배열의 주기성을 가지지 않으며, 모든 것이 균질하게 방해 된 것으로 생각되었다. 이 연구는 물이 과냉각 될 때 "확장 된 다중 수수체"라고 불리는 약 1 개의 나노 미터 (백만 분의 1 밀리미터)의 정렬 된 클러스터 (도 1)가 점차적으로 증가하여 이질적인 구조를 초래한다는 것이 밝혀졌다. 이 연구는 컴퓨터 시뮬레이션 외에도 그래프 매칭이라는 기술을 사용하여 액체 내의 교란 구조를 포괄적으로 분류하여 확장 된 다중 수수체가 과냉각 된 물과 비정질 ICE1에서 가장 주요 순서 구조임을 나타냅니다).
이번에 발견 된 팽창 된 다중 피망 슬롯 머신물에는 두 가지 유형의 피망 슬롯 머신 (키랄 피망 슬롯 머신) 2), 오른 손잡이와 왼손잡이 유형은 미러 대칭이며 겹칠 수없는 (키랄 피망 슬롯 머신) 2),이 두 마이크로 피망 슬롯 머신는 수퍼 냉각수와 비정상적인 얼음에서 혼합 된 것으로 생각된다 (그림 2). 우리는 실험을 통해 향후 관찰을 기대하고 있습니다.

<ceniory>
물이 4 ° C 아래로 냉각되면 팽창하기 시작합니다. 저온에서 액체의 이러한 확장은 물 이외의 물질에서는 발견되지 않는 독특한 특성이며, 물의 다양한 고유 한 특성 (예 : 액체보다 높은 비열, 고체 밀도 등)과 깊이 관여합니다. 붓기는 물이 0 ° C 미만으로 과냉각 될 때에도 계속되며, 실제로 물을 퀀칭하여 생성 된 비정질 얼음 (비정질 얼음)의 밀도는 결정질 얼음과 실내 온도 사이에 있습니다. 이것은 과냉각 된 물과 비정질 얼음이 결정질 얼음과 유사한 순서 피망 슬롯 머신를 가지고 있다고 생각되었다. 그러나 유체 냉각수는 수정 얼음과 정확히 같은 피망 슬롯 머신를 가지고 있다고 상상하기가 어렵고, 지금까지 많은 모델이 제안 되었기 때문에, 물이 과냉각 될 때 물이 어떤 피망 슬롯 머신에 접근 할 것인지는 불분명 한 문제입니다.

<예비 피망 슬롯 머신>
물이 냉각 될 때 점차 더 두드러지는 다양한 특성이 더욱 두드러지는 것을 고려할 때,이 피망 슬롯 머신는 이전보다 더 명확하고 일관된 설명을 제공 할 것으로 예상됩니다.
또한 내부 세포 또는 수성 전해질 용액과 같은 좁은 공간의 물과 같은 다양한 상황에서 정상적인 물과 ​​다른 특성이있는 물이 존재하는 것으로 알려져 있지만 피망 슬롯 머신의 차이를 구체적으로 나타내는 방법은 없었다.
그러나이 연구에 사용 된 포괄적 인 피망 슬롯 머신적 분류 방법을 사용하면 피망 슬롯 머신의 이러한 차이를 발견하고 그들의 역할을보다 자세히 분석 할 수 있습니다. 예를 들어, 유기체 세포에서의 물은 단백질과 이온을 용해시키는 용매가 아니라 이전에 생각 된 것보다 생물학적 분자의 기능에 더 적극적으로 관여 할 수있다. 또한, 물 이외의 재료에 대한 유사한 분석을 수행함으로써, 미세한 순서 피망 슬롯 머신와 새로운 특성은 이전에 균질하게 방해 된 것으로 생각 된 액체에서 찾을 수 있습니다.
아미노산 및 설탕과 같은 많은 생체 분자는 키랄이며 생명은 원칙적으로 하나의 거울상 이성질체 2 만 사용합니다. 그러한 "homochirality"가 언제 어디서 발생했는지는 화학 진화에서 해결되지 않은 문제 중 하나입니다. 우주에서 동종 조치의 기원을 찾아서 유럽 우주국 (ESA) 조사 "Philae"는 현재 혜성 Churyumov Gerasimenko에 착륙하고 조사를 수행하고 있습니다. 물이 키랄 구조를 만들 수 있다면, 태양계의 첫 번째 키랄 구조는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 빠를 수 있으며, 생체 분자 동형의 기원도 다시 생각해야합니다.
물은 많은 독특한 특성을 가지고 있지만 대부분은 실온에서 슈퍼 쿨링에 이르기까지 온도 범위에서 발생하며 물이 피망 슬롯 머신 될 때 점차 더 두드러집니다. 이 온도 범위는 지구의 생물이 사는 온도 범위와 겹칩니다. 물이 가득한 지구에서 진화 한 삶은 물의 다양한 특성을 활용할 수 있습니다.
이번에 우리가 피망 슬롯 머신 한 새로운 물의 본질은 물이 생명에 어떻게 사용되었는지에 대한 더 깊은 이해로 이어질 것입니다.

이 연구는 피망 슬롯 머신 Institute of Natural Sciences 'Computational Science Research Center, 피망 슬롯 머신 Institute of Natural Sciences의 공동 사용 컴퓨터를 사용하여 수행되었습니다.





<grossary>
1) 과피망 슬롯 머신 된 물과 비정질 얼음
물이 부드럽게 냉각되면 0 ° C 이하의 용융점에 도달하더라도 즉시 결정화되지 않으며 0 ° C 아래로 냉각 할 수 있습니다. 이것을 슈퍼 쿨링 상태라고합니다. 또한, 물이 결정화되지 않고 빠르게 냉각되고 고형화되면, 비정질 얼음이 형성됩니다. 과냉각 된 물과 비정질 얼음은 모두 차갑지 만 결정질은 아니며 일반적인 피망 슬롯 머신를 가진 것으로 생각됩니다.

2) 키랄 피망 슬롯 머신 및 거울상 이성질체
거울에 찍을 때, 그것은 더 이상 원래 모양과 겹치지 않는다고 chiral이라고합니다. 손바닥은 전형적인 키랄 피망 슬롯 머신입니다. 키랄 분자는 오른쪽과 왼손과 마찬가지로 서로의 거울 이미지 인 두 가지 유형의 3 차원 피망 슬롯 머신를 가지고 있으며,이 두 가지는 서로의 거울상 이성질체라고합니다. 어느 정도의 복잡한 분자가 없으면 키랄 분자가 될 수 없습니다. 인공적으로 합성 분자를 합성 할 때, 일반적으로 2 개의 3 차원 피망 슬롯 머신를 분리하는 것은 불가능하지만, 2 개의 3 차원 피망 슬롯 머신 중 하나만 생체 분자에 사용됩니다. 이것을 호마시 아이 라티라고합니다. 태양계의 탄생 이후, 단순한 분자로부터 더 복잡한 분자가 합성되는 사슬에서 동종 이성이 나오는시기와 장소는 분자 진화에서 해결되지 않은 문제이다. Nagoya University의 Noyori Ryoji 박사는 키랄 촉매를 사용하여 하나의 거울상 이성질체 만 인공적으로 합성하는 방법을 발견했으며 2001 년에 화학 상을 수상했습니다.

출판 된 논문 : M. Matsumoto, T. Yagasaki 및 H. Tanaka, 과피망 슬롯 머신 액체 물과 비정질 얼음에서의 키랄 주문,Phys. lett. 115, 197801 (2015); (doi : 10.1103/physrevlett.115.197801)

<연락처>
피망 슬롯 머신 Natural Sciences 대학원 (과학)
이론적 피망 슬롯 머신 실험실
마츠모토 부피망 슬롯 머신 마사카즈
(전화 번호) 086-251-7846
(URL)