Strukturiranje vode

Abstract

Ova monografija je rezultat višegodišnjeg istraživanja autora koje se odnosi na strukturiranu vodu i u izvesnoj meri zasnovana je na istraživanjima obavljenim za potrebe doktorske disertacije pod nazivom „Ispitivanje interakcija dejonizovane vode sa hidrofilnim i hidrofobnim materijalima, biomolekulima i hidrogenizovanim ugljeničnim nanomaterijalima“ rađene pod mentorstvom prof. dr Đure Koruge, redovnog profesora Mašinskog fakulteta, Univerziteta u Beogradu. Doktorska disertacija je odbranjena na Katedri za Automatsko upravljanje, modul Biomedicinsko inženjerstvo 2012. godine. Celokupno istraţivanje obavljeno je u Sijetlu, Univerzitet Vašington, u Laboratoriji prof. Džeralda Polaka, koji je tamo bio mentor. Monografija „Strukturiranje vode“ namenjena je onima koji žele da se upoznjaju sa različitim aspektima posmatranja najzastupljenije materije na svetu – vode, kao i fenomenom strukuiranja vode u različitim uslovima. S obzirom da voda predstavlja najneobičniju, najparadoksalniju i „najanomalniju“ materiju na planeti, da je „zanemarena, necenjena i nedovoljno istražena“ i da je prisutna skoro svuda u formi pojedinačnih molekula, pare, tečnosti ili leda, biološka forma života na zemlji bez nje nije moguć. Voda pokriva više od ¾ Zemljine površine i prosečno čini više od ¾ telesne mase živih organizama. Nijedna materija na Zemlji nema takvu sposobnost sistemskog kruženja kao voda. S obzirom da se ona neprestano transformiše i stalno „putuje”, moţe duže da „miruje” jedino kad je „zarobljena” u čvrstim materijama, ili zaleđena u polarnim prostranstvima. Međutim, postepene klimatske makropromene i geolološke transformacije učinile su da više nema ni kapi vode koja nekad nije bila zamrznuta ili „ugrađena” u čvrstu materiju. Događa se da voda u toku kruţenja bude „potrošena” od strane neke biljke ili životinje, pa se ta voda opet vraća u prirodnu cirkulaciju, izlučivanjima ili raspadanjem organizma posle njegovog uginuća ili smrti. Ovo kruženje vode, međutim, nije nikad teritorijalno lokalizovano. Morske i vazdušne struje (koje nose oblake) čine veoma komplikovanu „putnu” mreţu vode koja obavija planetu Zemlju. Zbog toga se može reći da na Zemlji verovatno nema ni jednog jedinog molekula vode koji nije mnogo puta obišao čitavu planetu, „upamtivši” pri tom na kvantnom informacionom nivou mnogo toga iz Zemljine geološke istorije duge više milijardi godina. Voda ima jedinstvene hidratacione osobine koje su vaţne za bio-makromolekule (posebno za proteine i nukleinske kiseline) i koje određuju njihovu trodimenzionalnu strukturu, a samim tim i njihove uloge u rastvorima. Ona jonizuje i omogućava protonsku razmenu između molekula doprinoseći jonskim interakcijama u biologiji. Biološke karakteristike vode su adhezija, kohezija, rastvorljivost, hemijska reaktivnost i toplotna stabilnost. Voda se u skladu sa fizičko-hemijskim uslovima slobodno kreće u ćelijama, kao i u prostorima između ćelija u organizmu. Sve telesne tečnosti, kao i prostori u kojima se voda kreće mogu se podeliti na dva funkcionalna dela: intracelularni (unutarćelijski) i ekstracelularni (vanćelijski). Voda na 4ºC menja agregatno stanje, bilo usled hlađenja ili zagrevanja. Kada se hladna voda greje, ona se skuplja, lakše je kompresuje, a njen refraktivni indeks raste, prelaskom u gasovito stanje postaje manje rastvorljiva i zagrevanje postaje lakše, kao i provođenje toplote. Sa porastom pritska, molekuli hladne vode se kreću brţe, a molekuli tople sporije. Topla voda se brţe zamrzava od hladne, a led se topi kada je kompresovan, osim kada se voda u tečnom stanju pri visokim pritiscima usled kompresije hladi. Istraživanja u svetskim naučnim okvirima posvećena problemu strukturirane vode pokazuju veoma različita mišljenja i pristupe ovom naučnom fenomenu. Oblast vode u neposrednoj blizini hidrofilnih površina koja ne sadrži nikakve čestice u sebi u različitim naukama ima različite nazive: biologija – „nemešani“ slojevi čiste vode, nauka o materijalima – vicinalna (susedna) voda, voda na graničnim područjima, ograničena voda (vicinal water, interfacial water, confined water), fizika - vodena struktura (water structure), nauka o proteinima – voda na graničnim područjima, granična voda (interfacial water, bound water), uopšteno – organizovana voda (organized water). Uzimajući u obzir molekularno zbijen prostor u ćeliji, međupovršinske vode prisutne su u tečnoj sredini, dodirujući se sa vrlo naelektrisanim, hidrofilnim površinama. Mnoge od ovih intracelularnih površina su biopolimeri, koji predstavljaju voda-protein komplekse koji liče na gel. U skorašnjim studijama, jednostavni eksperimenti su pokazali da se polistirenske mikrosfere (male sferne čestice veličina od 20 nm do 1000 μm, napravljene od različitih tipova materijala: karboksilne, karboksil-sulfatne, hidroksilne, amino, amidin, itd. koje se zbog svojih svojstava koriste u biološkim i medicinskim ispitivanjima), vrše ekskluziju od površina različitih gelova na rastojanjima reda veličina od 100 μm do delova milimetra...