Наноскопическое статическое электричество создает хиральные структуры

В мире аминокислот, белков и спиральной формы ДНК широко распространено биологическое явление хиральности. Хиральные объекты, подобно человеческим рукам, не могут быть точно совмещены со своим зеркальным отображением путем переноса или вращения. Эта характеристика симметрии молекулы критически важна для определения её химических свойств.

Хотя известно, что на субатомном уровне слабые силы являются хиральными, механизм, с помощью которого электростатические силы создают хиральный мир, оставался загадкой.

Исследователи из Северо-Западного университета под руководством Моники Ольверы де ла Крус создали математическую модель, показывающую, как одни только электростатические взаимодействия (статическое электричество) могут порождать спиральные формы. Модель описывает все возможные регулярные формы, которые могут принимать хиральные объекты, и вычисляет предпочтительные конфигурации, индуцированные электростатическими взаимодействиями.

Ключевые выводы:

• Хиральность может спонтанно возникать как следствие электростатических взаимодействий, без необходимости в более сложных силах, таких как дипольные или короткодействующие ван-дер-ваальсовы взаимодействия.
• Модель также описывает укладку ДНК, смешанной с углеродными нанотрубками. ДНК формирует спирали вокруг нанотрубок, что позволяет разделять разные типы трубок на семейства.
• Предсказанные моделью спиральные формы ДНК, обернутой вокруг углеродных нанотрубок, демонстрируют "поразительное соответствие" с формами, недавно измеренными с помощью атомно-силовой микроскопии.

Эта работа, опубликованная на обложке журнала Soft Matter, показывает, что электростатика — это путь к пониманию того, как природа генерирует спиральные симметрии. В будущем исследователи надеются использовать простые взаимодействия для создания других симметрий, лежащих в основе сложных явлений.