Molekylär inblick i specifika jon effekter
- Diarienummer
- FFL12-0119
- Start- och slutdatum
- 140101-191231
- Beviljat belopp
- 9 700 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Livsvetenskaperna
Summary
Projektet kommer att ge nya spännande insikter kring de specifika joneffekternas molekylära upphov, som gäckat forskare i över ett århundrade sedan Hofmeisters banbrytande arbete på 1880-talet. Effekterna har stor betydelse för ett enormt antal grundläggande och tillämpade situationer, från syres löslighet i saltlösningar till strukturen och funktionen hos komplexa biologiska system. Projektet är specifikt riktat mot joners beteende vid olika modellgränsytor. Detta involverar att identifiera vilka joner som tenderar att företrädesvis adsorberas på specifika gränsytor, och att sondera jonernas inverkan på vattenstrukturen och lokala funktionella grupper. Dessutom kommer ytterligare studier av två ytor som förs närmare varandra att bestämma inneslutningars inverkan på den företrädesvisa jonadsorptionen, och möjliggöra påvisandet av direkta korrelationer mellan molekylära egenskaper och makroskopiska kraftmätningar. Slutligen, med avisningstillämpningar i åtanke, kommer joners påverkan på kvasivätskelagret vid fastfas / isgränsytan att undersökas. Den molekylära informationen kommer att inhämtas med hjälp av två avancerade ytkänsliga vibrationsspektroskopitekniker, främst sumfrekvens och TIR-Raman. Undersökningarna av inneslutningar kommer att genomföras med specialbyggd utrustning. Den information som erhålls från genom detta unika och nyskapande experimentella tillvägagångssätt kommer att ge förståelse från ett molekylärt perspektiv för vad specifika joneffekter verkligen är.
Populärvetenskaplig beskrivning
We all know the importance of water for our survival. Sixty percent of our body weight is actually made out of water. However, if we were in a dessert and had at our disposal just pure water with no salts dissolved, we could still die of dehydration. The importance of salt in our lives cannot be overstated. Without salt, our bodies cannot perform some of the vital functions like regulating blood and body fluids and maintaining nerve signals. Salt deprivation can even prove fatal. Nonetheless, not just any salt would work. For our body to work efficiently it requires certain types and amounts of ions or dissolved salts. Sodium and potassium are the most abundant, but calcium and trace amounts of other metal ions, like magnesium or zinc, are just as important. Each ion plays a crucial role in specific body functions and cannot be easily exchanged. This ion specificity was first study systematically by a german pharmacologist named Hofmeister more than 120 years ago, who rank a series of ions depending on their ability to precipitate an egg protein from solution. The series was later found to be relevant in a large number of systems, triggering an immense research effort that has continued for over a century. Notwithstanding, it was not until the last decade that started emerging new theories trying to take this ion specific effects into account. It is now believed that interfacial effects including specific ion adsorption are the most plausible explanation for the Hofmeister phenomena. Understanding these effects is believed to be as important in the physical chemical sciences as Mendel’s work was for genetics. In order to challenge and extend these theories, direct experimental observations of the molecular structure from ions and water at different interfaces is required. Here it is proposed to use a unique combination of advance techniques to look how different ions interact with interfaces having molecular groups typically found in many biologically relevant systems. The surface molecular information will be obtained using two laser based techniques: VSFS and TIR Raman. Moreover, many ion specific phenomena occur in confined spaces. Here a novel approach will be used to study such a situation using devices designed and built by the applicant. This type of combined studies, though challenging, has never been attempted before and will be world leading with far reaching consequences for many fields of science including physics, chemistry and biology.