En Ciencia , Investigadores de TU/e ​​han publicado su estudio sobre nuevas transiciones de fase de soluciones y geles en agua, que parecen ir en contra de los principios básicos de la química, y que descubrieron por accidente.

En química, un hidrogel cambia a líquido al diluirlo con agua. Para la transición inversa, aumenta la concentración de hidrogel. Sin embargo, los investigadores de TU/e ​​dirigidos por Bert Meijer descubrieron accidentalmente que su solución líquida se convertía en hidrogel cuando se diluía. Este fenómeno no había sido investigado ni descrito antes y podría tener consecuencias en muchas áreas de la química y la biología.

La investigación se centra en la formación de ciertos hidrogeles. Esto quiere decir que parte de una solución acuosa de, en este caso, dos sustancias (un tensioactivo y un monómero). La investigación muestra que se forma un gel en una proporción específica de estas dos sustancias en agua. Este gel está formado por largas redes supramoleculares compuestas por ambas sustancias. Las cantidades de estas sustancias en el agua (las concentraciones) también determinan dónde se ubica la transición de fase de la formación del gel. Al disminuir la concentración sin cambiar la relación entre los dos componentes, el gel se disuelve y se vuelve líquido. Hasta ahora, este es un territorio familiar.

Sin embargo, lo extraordinario es que si la solución se diluye aún más, se forma nuevamente un gel. Ahora se forman otras estructuras supramoleculares y se convierte nuevamente en un hidrogel. Y si luego se diluye aún más, vuelve a ser líquido. El documento examinó cuidadosamente cuáles deberían ser las proporciones correctas de las sustancias activas y en qué concentraciones se producen las transiciones de fase. Estas transiciones también son totalmente reversibles. Si se aumentan las concentraciones, las transiciones de líquido a gel a líquido a gel ocurren en los mismos puntos. Este fenómeno debería estar presente en otros campos, como la biología, pero nunca antes se había investigado y documentado.

Descubierto por accidente

Este llamado autoensamblaje inducido por dilución ha sido objeto de investigación en el grupo de investigación de Bert Meijer durante unos diez años. Sin embargo, fue difícil lograr estas transiciones para formar un sólido y hacerlo funcionar en soluciones acuosas. Pero Jesús Mosquera y Cyprien Muller descubrieron accidentalmente en octubre de 2019 que su mezcla líquida de dos componentes se convertía en hidrogel al diluirse.

"Es muy valioso demostrar que lo que aprendes en tus primeras lecciones de química no siempre se cumple. Al diluir, no todos los geles y soluciones se vuelven líquidos por definición", dice Meijer.

Lu Su, autor principal de la Ciencia papel, quedó inmediatamente intrigado por ese resultado. "Fue un hallazgo accidental especial. Inmediatamente vi más posibilidades. ¿Qué pasaría si pudiéramos demostrar una doble transición? Entonces, de un gel a un líquido, de regreso a un gel y de regreso a un líquido simplemente agregando más agua. "

"Tengo que ser honesto, cuando Jesús y Cyprien comenzaron su investigación, no estaba inmediatamente convencido de que tuviéramos algo especial en nuestras manos", dice Meijer. "Pero como líder de grupo, debes apoyar y confiar en los jóvenes investigadores cuando comienzan algo que les emociona y aún no lo ves por ti mismo. Como era un área nueva para nosotros, mi intuición me dijo que fuera positivo". Y eso es lo divertido de la investigación. A menudo, lo que diseñas de antemano no funciona, pero puedes descubrir el imprevisto por accidente. Por eso les he apoyado desde el principio en la puesta en marcha y el desarrollo de su investigación."

Bloqueos

Es importante mencionar el momento del hallazgo porque no mucho después, todo el mundo se enfrentó a bloqueos y los laboratorios TU/e ​​también cerraron. Eso le dio mucho tiempo a Su para pensar en cómo podría abordar esto con sus colegas después de que Jesús y Cyprien dejaran los Países Bajos para seguir sus carreras en el extranjero. "Durante las reuniones de Teams, hicimos una lluvia de ideas con el grupo sobre cómo podríamos configurar los experimentos. Juntos, ideamos una buena configuración para experimentos adicionales".

Entonces, cuando los laboratorios reabrieron en el verano de 2020, inmediatamente comenzaron a explorar sus ideas. "¡Y resultó ser correcto!" Su dice. "En un mes, hicimos lo básico de nuestros experimentos y demostramos las transiciones hidrogel-solución-hidrogel-solución (gel-sol-gel-sol)".

En otoño, los investigadores escribieron conjuntamente el primer borrador de su artículo, pero el trabajo aún no estaba terminado. "Cuando encuentras algo especial, quieres asegurarte de que tus interpretaciones sean correctas. Por eso los alenté a invertir para garantizar la reproducibilidad y ampliar el alcance", dice Meijer. Su puso en marcha un nuevo conjunto de experimentos. Desafortunadamente, debido a su embarazo, no pudo realizarlas ella misma en el laboratorio químico, pero sus colegas pudieron reemplazarla. Los experimentos se repitieron varias veces para obtener resultados aún más fiables.

Según Meijer, es difícil decir cuán extensos serán los efectos de su descubrimiento, pero es seguro que tendrá un gran impacto en la química y la biología. "Dichos hidrogeles pueden ser buenas soluciones para los desafíos existentes, como el cultivo de células madre. En el gel, las células se pueden dividir de forma segura en tres dimensiones y, una vez que hay suficientes, se diluye la solución y las células se pueden usar correctamente. Esa es, por ejemplo, la investigación que estamos haciendo actualmente junto con el grupo de Patricia Dankers. El truco es, por supuesto, encontrar las sustancias adecuadas que muestren este comportamiento pero que no reaccionen a las paredes celulares ni se adhieran a ellas. De esta manera, nuestra investigación conduce a otras investigaciones”. + Explora más

Evidencia encontrada de la existencia de dos formas de agua líquida