Ученые раскрыли влияние воды на нанокристаллы хитина

Исследователи из Института нано-наук о жизни (WPI-NanoLSI) Университета Канадзавы использовали трехмерную атомно-силовую микроскопию и молекулярное моделирование для изучения структуры воды при гидратации различных типов нанокристаллов хитина.

Высокодетальные АСМ-изображения поверхностей β-хитиновых нанокристаллов и молекулярная организация воды. Автор: Journal of the American Chemical Society (2025)

Хитин — природный полимер с привлекательными механическими и химическими свойствами, который существует в двух кристаллических формах: α (молекулы расположены антипараллельно) и β (молекулы параллельны). Наноструктура хитина значительно влияет на его свойства, причем структура воды вокруг волокон при гидратации играет ключевую роль.

Исследование, опубликованное в Journal of the American Chemical Society, показало, что более крупные бороздки в α-хитине позволяют накапливать больше воды, создавая гидратационный барьер для взаимодействия с ионами и молекулами, что делает его менее реакционноспособным. Силы отталкивания при гидратации также были выше для α-хитина.

АСМ-изображения, показывающие структурные вариации на поверхности кристалла β-хитина

Ученые обнаружили высокую степень дальнего порядка в β-хитиновых волокнах и описали, как случайные разрывы в этом порядке создают структуру, напоминающую частично обглоданные початки кукурузы или кирпичную кладку.

Сравнение карт плотности воды-кислорода и экспериментально полученных карт

Исследователи предполагают, что это может объяснить, почему определенные ферменты реагируют с хитином только в одной кристаллической форме, а не в другой. Более низкая энергетическая стоимость структурированной гидратации β-хитина облегчает более быстрый ферментативный доступ.

Эти результаты могут помочь в разработке биопротонных устройств и гидрогелей, поскольку гидратационный слой влияет на диффузию ионов и молекул.