آب یکی از ترکیبات بسیار مهم در طبیعت است که نقش مهمی در فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و زیستی ایفا می‌کند. بنابراین بررسی ساختار این ماده بسیار مهم است. اخیرا محققان دانشگاه استنفورد دریافته‌اند که پلاریزاسیون موجب افزایش ساختار منظم آب می‌شود. برای این پروژه آنها اقدام به یک شبیه‌سازی بسیار پیچیده کردند.
تاثیر پلاریزاسیون روی ساختار منظم آب
آب یکی از ترکیبات بسیار مهم در طبیعت است که نقش مهمی در فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و زیستی ایفا می‌کند. بنابراین بررسی ساختار این ماده بسیار مهم است. اخیرا محققان دانشگاه استنفورد دریافته‌اند که پلاریزاسیون موجب افزایش ساختار منظم آب می‌شود. برای این پروژه آنها اقدام به یک شبیه‌سازی بسیار پیچیده کردند.
محققان دانشگاه استنفورد از میدان نیروی قابل پلاریزه شدن مکانیک کوانتونی (QMPFF3) برای مطالعه هیدراته شدن فولرین استفاده کردند. برای شبیه سازی این کار چالش‌هایی وجود داشت. اولین مشکل انتخاب میدان نیروی قابل پلاریزه شدن، مناسب بود. برای این کار می‌توان از برنامه‌های شبیه‌ساز مولکولی نظیر AMBER استفاده کرد اما این سیستم برای آزمایشی با پارامترهای خاص تنظیم شده بود. بنابراین آنها باید از سیستم مناسب‌تر استفاده می‌کردند. برای این کار، این گروه تحقیقاتی با یک گروه روسی توافق کرده تا نسخه‌ای مناسب برای آنها بسازند.
در قدم بعدی آنها باید روشی جهت به تصویر کشیدن ساختار آب در اطراف فولرین می‌یافتند. رایج‌ترین روش، استفاده از تابع توزیع شعاعی تک بعدی بود که در آن میانگین تعداد اتم‌های هیدروژن و اکسیژن در یک فاصله مشخص از فولرین در نظر گرفته می‌شد به‌طوری که نسبت سیگنال به نویز به‌حداقل برسد. اما این تابع بسیاری از ویژگی‌های موجود در سیستم سه بعدی را نشان نمی‌داد. برای حل این مشکل آنها از تابع توزیع آزیموتال استفاده کردند. با این روش آنها توانستند دانسیته توزیع اتم‌های هیدروژن و اکسیژن را به تصویر بکشند. پس از حل این مشکلات، این گروه تحقیقاتی به مطالعه ساختار آب پلاریزه شده در اطراف فولرین پلاریزه شده پرداختند. نتایج کار آنها نشان داد که پلاریزاسیون موجب می‌شود اثر آبگریزی شدیدی در این سیستم القاء شود.
حساسیت این روش جدید به زبری سطح موجب شده است تا دانشمندان بفهمند که اثر آبگریزی در این سیستم بسیار قوی است. محققان دریافتند که QMPFF3 نقش مهمی در درک فرآیندهای زیستی نظیر تا خوردن پروتئین‌ها دارد. چوبرا، از محققان این پروژه می‌گوید ما با این روش بسیار دقیق و حساس دریافتیم که پلاریزاسیون حلال نقش مهمی در ایجاد اثر قوی آبگریزی دارد.
علاوه بر مشکلات فوق الذکر، چالش دیگری در سر راه این محققان بود. آنها باید پروتکل مناسبی برای این کار ارائه می‌کردند. جهت رسیدن به این پروتکل آنها اصلاحاتی روی چند مدل ساده اعمال کردند همچنین از عبارات تصحیح برای فشار و انرژی استفاده کردند. آنها معقداند که انجام این پروژه بسیار دشوار و زمان بر بوده است.
