Нанокластеры воды
Одной из особенностей воды является взаимодействие молекул воды, соединенных водородными связями, образовывая водные кластеры. Их жизнь быстротечна, и потому они с трудом поддаются изучению. Только недавно выяснилось, что водные кластеры обладают большими электрическими дипольными моментами.
Интересно, что нанокластеры присутствуют даже в обычной воде. Они представляют собой агломераты из отдельных молекул воды, соединенных друг с другом водородными связями. Подсчитано, что в насыщенном водяном паре при комнатной температуре и атмосферном давлении на 10 миллионов одиночных молекул воды приходится 10000 димеров (Н2О)2, 10 циклических тримеров (Н2О)3 и один тетрамер (Н2О)4.
В жидкой воде обнаружены и частицы гораздо большей молекулярной массы, образованные из нескольких десятков и даже сотен молекул воды.
Наночастицы и пероксид водорода
Бактерии, которые обитают в зубном налёте и являются главной причиной разрушения зубов, научились избегать антибактериальной терапии, прячась внутри липкой полимерной биоплёнки на зубной эмали. Но теперь учёные разработали наночастицы, которые эффективно разрушают зубной налёт и предотвращают развитие кариеса.
Наночастицы, представленные командой из Пенсильванского университета, катализируют активность перекиси водорода - распространённого природного антисептика. Активированная перекись водорода представляет собой свободные радикалы, которые одновременно разрушают структуру биоплёнки и убивают бактерии.
В основе нового исследования лежит работа Лицзэна Гао (Lizeng Gao), опубликованная в 2007 году в журнале Nature Nanotechnology. Он одним из первых показал, что наночастицы, до тех пор считавшиеся биологически и химически инертными, могут обладать свойствами ферментов (природных ускорителей). Например, учёный продемонстрировал, что наночастицы из оксида железа катализируют окислительные реакции подобно ферменту пероксидазе.
В ходе лабораторных экспериментов учёные выращивали биоплёнку, населённую бактериями стрептококками, аналогичными тем, что встречаются на зубной эмали. Затем они воздействовали на искусственно полученный зубной налёт сахарами, чтобы вызвать окисление среды. После этого исследователи вводили наночастицы, которые прилипали к биоплёнке и катализировали активацию перекиси водорода. Мало того, даже после курса "лечения" наночастицы оставались на месте и были готовы снова проявить свои каталитические свойства при последующем окислении среды.
Опыты показали, что наночастицы в сочетании с однопроцентным раствором перекиси водорода всего за пять минут уничтожают более 99,9% бактерий. Это в 5 тысяч раз эффективнее, лечения с использованием только перекиси водорода.
Рис. Разложение пероксидсодержащих наночастиц с выделением кислорода.