Microdroplets’ chemische magie, zou kunnen hebben het leven gegeven een helpende hand

0
7

Druppel vermindering kan licht werpen op de puzzels van de pre-tijdperk en bieden een nieuwe manier om van groene chemie

Bron: © 2019 American Chemical Society

Een vermindering van gevoelige kleurstof onthult de chemische reacties die er op het oppervlak van een micrometer en middelgrote waterdruppel

Kleine waterdruppeltjes gevonden in de wolken, sea spray en geisers kan spontaan verminderen suikers en andere belangrijke metabolieten zijn op hun oppervlak. Deze microdroplets een plausibele verklaring voor de aanmaak van suikers en andere eenvoudige organische moleculen vóór het bestaan van het leven op Aarde, als er geen reductiemiddel of toegepast betaling is vereist.

Een groep onderzoekers onder leiding van Richard Zare aan de Universiteit van Stanford in de VS struikelde over de discovery bij het maken van goud films en nanodeeltjes met water druppels met toegevoegd natrium borohydride.

‘Ik zei tegen mijn groep doen we een controle – laten we verwijderen het reductiemiddel we waren gebruikt. We hebben net water, en tot mijn verbazing geproduceerd goud nanodeeltjes in druppels’, zegt Zare.

Na veel werk, het team heeft deze bevindingen konden niet worden verklaard door de vervuiling. Zo probeerden ze het opnieuw – dit keer met common biomoleculen. Door het pompen van een spuit met verbindingen zoals pyruvaat en fumaraat opgelost in water door middel van een nebulising gas, geproduceerd microdroplets, die vervolgens werden uitgevoerd door een massa spectrometer. In drie van de vier gevallen, vonden zij dat meer dan 90% van de organische bestanddelen in oplossing teruggebracht.

De onderzoekers waren ook in staat om visueel bevestigen het fenomeen door de fluorescentie van microscale druppels met een reductie-gevoelige kleurstof.

Terwijl Zare en zijn team weten nog niet precies wat er gebeurt, ze hypothesise dat het effect kan worden verklaard door drie verschijnselen: toename van het hydroxyl-ion concentratie, een zeer grote elektrische veld in de lucht-water interface en een gebrek aan 3D waterstof binding. ‘Waar kun je die krijgen een elektron uit het water?’, vraagt Zare. ‘Het antwoord is, denk ik, het hydroxyl-anion.’

Alle levende organismen op Aarde enzymen gebruiken om te fungeren als katalysator voor hun metabolische routes, maar toen het leven begon, enzymen waren afwezig. Deze puzzel heeft ertoe geleid dat wetenschappers suggereren het bestaan van een nonenzymatic metabolisme. ‘We hebben het al gedaan waaruit blijkt dat suiker en fosforzuur, die niet zelf reageren, in kleine druppeltjes formulier dingen zoals ribose-fosfaat. We hebben gezien dat de druppeltjes, de kracht van het doen van de chemie’, zegt Zare.

Het team is ook van mening dat dit effect kan bieden aan een mogelijke nieuwe manier om van groene chemie. Door het gebruik van een nevel, grootschalige verlaging kan worden mogelijk gemaakt met behulp van niets meer dan water.

‘Als je een liter maatbeker en vul het met water, en je maakt dan een micron druppels van het water, je moet iets als 3000m2 oppervlakte… ongeveer de helft van een voetbalveld,’ zegt Zare.

‘[Het werk] toont dat het water oppervlakken hebben deze speciale chemische vermogen of affiniteit te bevorderen chemische reacties die we zien niet in bulk water,’ opmerkingen Ilan Benjamin, een chemicus aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz, in de VS, die was niet betrokken in het onderzoek. ‘Dit heeft veel gevolgen voor de atmosferische chemie en waarschijnlijk ook de oorsprong van het leven.’

Referenties

N. Zare et al, J. Am. Chem. Soc., 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b03227