Новая модель точно опишет растворы сахаров

Моно- и полисахариды широко распространены в природе: в клетках они выполняют гомеостатическую функцию, образуют клеточные стенки растений. Для человечества они также оказываются чрезвычайно полезны: без этих веществ сложно представить себе пищевую промышленность, важную роль они играют и в фармацевтике. На их основе получают разнообразные материалы (например, для электрохимии и очистки воды) и ценные соединения — те же спирты. 

Чтобы использование растворов сахаров было наиболее эффективно, важно уметь предсказывать их свойства при различных условиях, например, при определенной температуре или в присутствие солей. Для этого часто применяются методы молекулярной динамики, учитывающие взаимодействие молекул в системе, которые экспериментально бывает невозможно изучить. Это довольно сложна задача, требующая значительных ресурсов, однако точность все равно может быть недостаточной.

Ученые из МФТИ построили достоверную модель, позволяющую с приемлемой точностью прогнозировать уравнение состояния и коэффициенты переноса растворов сахаров. Для расчетов жидкостей часто применяются потенциалы межатомного взаимодействия, однако в данном случае классические не подошли, и авторам пришлось подобрать их специально.

Одним из ключевых преимуществ модели является то, что она может быть использована для исследования не только растворов сахарозы, но и для других сахаров. Это позволит подобрать оптимальные материалы, например, для мембран электрохимических элементов аккумуляторов.

«Наше исследование на атомистическом уровне проливает свет на богатство конформаций молекул сахара в растворе, дополняет эксперименты и вычисления других авторов. Отличительной чертой работы является достоверность модели, позволяющей с приемлемой точностью прогнозировать уравнение состояния и коэффициенты переноса растворов сахаров. Сейчас мы собираемся использовать полученную нами модель для исследования структурных свойств именно водных растворов сахарозы. Ответ на вопрос, какие конформационные перестройки молекулы сахарозы в растворе возможны, — до сих пор предмет научных дискуссий. Вероятно, мы с коллегами проясним это в следующей работе», — поясняет Николай Кондратюк, заведующий лабораторией многомасштабного моделирования в физике мягкой материи МФТИ.