El agua, una de las sustancias más fascinantes de la Tierra, tiene, entre otras muchas propiedades inusuales, una alta polarizabilidad, es decir, una fuerte respuesta a los campos eléctricos. Recientemente, un equipo de investigación del Instituto Nacional del Grafeno de la Universidad de Manchester, en el que ha colaborado la UB y el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), ha descubierto que las capas de agua de tan solo unas cuantas moléculas de grosor —como el agua que cubre todas las superficies que nos rodean— se comporta de un modo muy distinto que cuando se presenta en volúmenes mayores. El hallazgo, que se ha publicado hoy en la revista Science, revela que el agua, cuando está en capas delgadas, pierde la polarizabilidad y queda eléctricamente muerta, es decir, no responde a los campos eléctricos.

Han dirigido la investigación Laura Fumagalli y el premio Nobel de Física Andre Geim, ambos investigadores del Instituto Nacional del Grafeno (Universidad de Manchester), y en ella ha participado Gabriel Gomila, investigador principal en el IBEC y profesor de la Universidad de Barcelona, así como un grupo del Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón.

Utilizando técnicas nuevas, los investigadores pudieron medir por primera vez las propiedades dieléctricas del agua con un espesor de tan solo unas pocas moléculas, y demostraron que estas capas de agua de espesor atómico cerca de las superficies sólidas no responden a los campos eléctricos.

La investigación tiene implicaciones importantes para comprender muchos fenómenos en los que está involucrada el agua, incluyendo los que tienen lugar en todos los seres vivos. Durante muchas décadas, los científicos habían intentado averiguar sin éxito cómo se comporta el agua a escala microscópica alrededor de otras sustancias, superficies sólidas y macromoléculas. «Todas las superficies están cubiertas por una capa de agua de tan solo unos pocos átomos de espesor», explica Laura Fumagalli, autora principal del artículo. «No la podemos ver, pero está ahí, y su naturaleza ha sido debatida durante casi un siglo».

Hasta ahora, se suponía que esta agua superficial se comportaba de modo distinto al agua en volúmenes mayores (que tiene una constante dieléctrica anómalamente alta). Se pronosticó que estas capas delgadas de agua mostrarían una respuesta eléctrica reducida, pero se desconocía el valor exacto.

A fin de resolver el debate, los investigadores desarrollaron nuevas herramientas para medir la constante dieléctrica a una escala muy pequeña. «Para estudiar las propiedades de estas capas de agua tan finas, hay que deshacerse de los efectos del resto de moléculas de agua que dominan el comportamiento general», señala Gabriel Gomila, que lidera el Grupo de Investigación en Caracterización Bioeléctrica en la Nanoescala del IBEC.

Los investigadores crearon canales especiales de unos cuantos angstroms de tamaño —un angstrom es una décima de nanómetro— que recogían unas pocas capas de agua. Mediante una técnica innovadora de medida fueron capaces de tantear la constante dieléctrica del agua dentro de los nanocanales.

Sorprendentemente, detectaron que la respuesta eléctrica del agua confinada no solo estaba debilitada, sino que se encontraba completamente ausente. En otras palabras, el agua dentro de los nanocanales estaba eléctricamente «muerta», con sus dipolos inmovilizados e incapaces de detectar un campo eléctrico externo. Este resultado contrasta con el comportamiento del agua en grandes volúmenes, cuyas moléculas tienen la libertad de alinearse fácilmente a lo largo de los campos eléctricos. El espesor de la capa insensible a los campos eléctricos donde se realizaron las observaciones resultó ser de menos de un nanómetro (de dos a tres moléculas de agua de espesor).

«Esta anomalía no es solo una curiosidad académica, sino que tiene unas implicaciones claras en muchos campos, y en las ciencias de la vida en particular», aclara Andre Geim. «Las interacciones eléctricas con moléculas de agua tienen un papel importante en la formación de moléculas biológicas como las proteínas, por lo que nuestros resultados pueden ayudar a mejorar la comprensión del papel del agua en los procesos tecnológicos, y por qué es tan crucial para la vida», concluye.

El trabajo ha recibido el apoyo del Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), la Lloyds Register Foundation, la Royal Society, Graphene Flagship, el Consejo Europeo de Investigación (ERC), el antiguo Ministerio de Economía, Industria y Competitividad y los Premios ICREA Academia.

Referencia del artículo:
L. Fumagalli, A. Esfandiar, R. Fàbregas, S. Hu, P. Ares, A. Janardanan, Q. Yang, B. Radha, T. Taniguchi, K. Watanabe, G. Gomila, K. S. Novoselov, A. K. Geim (2018). «Anomalously low dielectric constant of confined water». Science, junio de 2018.

Subscribirse al Directorio
Escribir un Artículo

Últimas Noticias

El diagnóstico genético neonatal mejor...

Un estudio con datos de los últimos 35 años, ind...

Más de 1.500 cambios epigenéticos en e...

Un equipo de investigadores de la Universidad Juli...

Tuneable reverse photochromes in the sol...

A new technique allows the design of solid materia...

Destacadas

Eosinófilos. ¿Qué significa tener val...

by Labo'Life

En nuestro post hablamos sobre este interesante tipo de célula del si...

Un estudio de INCLIVA muestra el efecto ...

by INCLIVA

Han desarrollado un estudio para evaluar la correlación entre el teji...

Diapositiva de Fotos