根据芝加哥大学和阿尔贡大学在《科学》杂志上的一项新研究，一种被认为非常光滑的分子表面可能不会在所有条件下都保持这种状态。
芝加哥大学(University of Chicago)分子工程研究所(Institute for Molecular Engineering)和阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的科学家们进行的这项研究，可能会对那些试图利用这些表面开发新技术的人有所启发，比如关节置换或防雾表面。
在过去的十年里，科学家们对一种叫做聚电解质刷的分子结构非常感兴趣，该研究的合作者兼IME主任马特·提勒尔说，因为他们认为聚电解质刷可以使表面光滑。这些分子，当它们带电时，看起来就像一簇竖起来的微小毛发，它们之所以保持笔直，是因为每根刷子上的负电荷相互排斥。类似的分子排列在我们的关节和胃肠道中。
但到目前为止，所有的研究都是在纯水中或只有+1电荷的离子的水中观察这些刷子。现实世界中的许多情况，比如人体内部，都需要暴露在带有多价离子的液体中——那些带+2或+3电荷的液体，比如钙和镁，而不仅仅是+1。
当研究小组决定研究刷子在这种含盐液体中的表现时，他们发现刷子的滑度急剧下降。
该研究的共同作者、分子工程学家胡安·德·巴勃罗教授说:“只需几分钟的时间，这些离子就能完全改变结构。”“我们可能希望看到一些变化，但看到这么小的金额就能带来如此巨大的变化是令人惊讶的。”
当Argonne的Maria Goeppert Mayer研究员Nick Jackson模拟这些反应时，他们可以在分子水平上看到戏剧性的结果。
蒂雷尔说:“这些多价盐完全破坏了这一切。“相反，表面之间的法向力会相互吸引，刷子会变得黏糊糊的，并收缩成小团。”
当刷子被挤在一起时，这种效果也会恶化——这是现实世界中另一种常见的情况。
这是一个惊人的效果，科学家们说，这是科学家和工程师们关注的问题，试图使刷子成为技术。蒂雷尔说:“有可能这些聚电解质刷并不能从根本上保证关节的润滑。”
模拟部分在blue上运行，这是一个由Argonne国家实验室的实验室计算资源中心运行的高性能计算集群。
本文的第一作者是Jing Yu, Argonne博士后研究员，现为新加坡南洋理工大学教授。其他合作者来自马萨诸塞大学洛厄尔分校和以色列内盖夫本古里安大学。
引文:“多价反离子降低了聚电解质刷的润滑性。于等人，《科学》，2018年6月28日。DOI: 10.1126 / science.aar5877
资助:美国能源部科学办公室、国家科学基金会、阿德利斯基金会。