Un compuesto simple con propiedades anticongelantes sorprendentes

Un compuesto químico usado para estabilizar las partículas en suspensión ha demostrado ser capaz de controlar el crecimiento de cristales de hielo. Este hallazgo fue hecho por el CNRS / investigadores de Saint-Gobain, en colaboración con el CNRS afiliados a los equipos en el INSA de Lyon y la Universidad Claude Bernard Lyon 1. Sorprendentemente, el compuesto en cuestión es una simple molécula, en absoluto, como las macromoléculas previamente conocidos por sus propiedades anticongelantes. Ofrece muchas ventajas, incluyendo los costos de producción bajos, la estabilidad y facilidad de uso, que debe abrir el camino a las aplicaciones industriales.Publicado en la revista en línea PLoS ONE , este trabajo también proporciona nuevas pistas para el desarrollo de los equivalentes sintéticos de las proteínas anticongelantes, distintos de los que actualmente se producen.

La formación de cristales de hielo puede tener consecuencias múltiples, ya menudo destructivos,. Degradación de las células en los organismos vivos, el daño a la tierra y los caminos en los climas fríos, los cristales de hielo en los helados … Todos estos son ejemplos de situaciones en las que es útil para controlar el crecimiento de hielo. Muchos organismos y especies que viven en ambientes fríos se han adaptado para controlar el crecimiento de hielo. Su resistencia a las bajas temperaturas se basa en la presencia de proteínas anticongelantes, todos los cuales se componen de cadenas orgánicas muy largos con estructuras anfifílicas (parcialmente hidrófila, en parte hidrófoba). ¿Cómo estas proteínas interactúan con los cristales de hielo? Los investigadores están tratando de identificar el mecanismo que permita a las proteínas anticongelantes para identificar a estos cristales, pero el fenómeno todavía no se entiende totalmente.Además, dado que estas proteínas son extremadamente costosos para extraer, la solución preferida es crear equivalentes sintéticos inspirados en estructuras naturales. Todas las proteínas conocidas en la actualidad por sus propiedades «anticongelante» son macromoléculas (como las glicoproteínas, polisacáridos, etc.)

Un equipo dirigido por Sylvain Deville (1), investigador del CNRS en el LSFC (Laboratorio de Síntesis et des Fonctionnalisation Céramiques, Síntesis y funcionalización de la Cerámica Laboratorio CNRS / Saint-Gobain), en colaboración con la Matériaux, Ingénierie et Sciences (Materiales, Ingeniería y Ciencias) laboratorio (CNRS / INSA de Lyon / Universidad Claude Bernard Lyon 1), ha descubierto que el acetato de circonio, un compuesto químico que normalmente se utiliza para estabilizar las partículas en suspensión, puede controlar el crecimiento de cristales de hielo. El compuesto gobierna la morfología de los cristales de hielo obtenidos mediante la congelación de una solución en la que se combina con agua. Los cristales obtenidos al añadir acetato de circonio son muy homogéneas, mientras que los que se obtienen sin ella no muestran uniformidad en particular.

Estos resultados son bastante sorprendentes, dado que el acetato de circonio es un «sal», (2) un compuesto simple que es radicalmente diferente de las macromoléculas conocidas por sus propiedades anticongelantes. No era conocido como una sustancia capaz de controlar el crecimiento de cristales de hielo.Tal control puede ser ejercida en un número de maneras: mediante la reducción de la velocidad de crecimiento de los cristales (para retardar su formación), mediante la reducción del punto de congelación (para retrasar su formación), o mediante el control de su morfología, como en este caso. Puesto que esto implica una interacción directa con los cristales de hielo, los investigadores se sorprendieron al descubrir que tales moléculas radicalmente diferentes como el acetato de circonio y proteínas podría afectar el crecimiento cristalino.

Este compuesto ofrece ventajas significativas sobre los equivalentes existentes, ya sean naturales o sintéticos. Es barato de producir, estable, «sencillo» y fácil de usar, que es un buen augurio para una gran cantidad de las futuras aplicaciones industriales. Además, puesto que es totalmente diferente de todo lo anteriormente identificado y / o sustancias desarrollado con la misma función, la investigación adicional podría conducir al desarrollo de otras moléculas con propiedades anticongelantes.

Este proyecto se basó en difracción de rayos X y de imagen.Estas obras fueron posibles mediante el uso del sincrotrón de rayos X (línea de luz ID19) en el ESRF en Grenoble, Francia.

 

El material generado sin la adición de acetato de circonio


© Sylvain Deville

El material que se muestra aquí se ha generado sin la adición de acetato de circonio. Su estructura carece de un patrón uniforme.


 

 

El material generado con la adición de la sal


© Sylvain Deville

Este material fue generado con la adición de la sal. Su estructura consta de uniformes patrones hexagonales.


 

Notas:

1 – Premio de una subvención del CEI Junior  
2 – En química, una sal es un compuesto iónico formado por cationes y aniones, formando un producto neutro, sin carga neta.Este tipo de sal es muy diferente de comestibles (tabla) de sal.

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