Dipole-induced water adsorption on surfaces
- Autores: Juan José Segura Sugrañes
- Directores de la Tesis: Alberto Verdaguer Prats (dir. tes.), Jordi Fraxedas (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2012
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francesc Pérez Murano (presid.), Fausto Sanz Carrasco (secret.), Jordi Hernando Campos (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
L'aigua és present en gairebé qualsevol superfície exposada a l'aire. Tant el vapor com l'aigua líquida modifiquen i determinen les propietats de les molècules i materials exposats a l’aire (la fricció, l'adhesió, la reactivitat, el folding ...). No obstant això, existeix una important manca de coneixement sobre com l'aigua interactua amb les superfícies a nivell sub-micromètric. Aquestes interaccions determinaran les propietats macroscòpiques de superfícies i compostos. A més d'aquests fets, l'aigua també juga un paper central en la determinació de la conformació estructural i les propietats de moltse biomolècules, com ara les proteïnes. Durant l'última dècada, s'ha parat molta atenció en l'assoliment d'una comprensió més profunda sobre com l'aigua interactua amb les proteïnes. Avui dia, l'aigua és considerada no com els medi on es troben presents les proteïnes, sinó com una part més de la pròpia proteïna. Molts estudis teòrics han estat realitzat recentment, però encara cal extreure més informació amb experiments directes. La Microscòpia de sonda de rastreig (SPM) ha obert la porta a les mesures de gran precisió en l'escala nanomètrica, que ens permeten seguir els processos i detectar propietats en escales no assolides fins recent. La Microscòpia de Forces Atòmiques (AFM) és un membre de la família SPM, amb múltiples modes d'operació capaços de detectar les diferents propietats de la superfície, que la converteixen en una eina molt versàtil. En aquest treball de tesi, he estudiat la interacció de l'aigua amb diverses superfícies, utilitzant diferents modes de AFM. L'estudi es va iniciar amb el seguiment de la interacció de l’aigua sobre la superfície de diverses cares cristal·lines en diversos aminoàcids: monocristalls de L-alanina, D-alanina, L-valina, D-valina, DL-valina i L-leucina van ser estudiats utilitzant tècniques AFM en els seus diversos modes. Aquests aminoàcids van ser triats per la seva simplicitat estructural i la seva importància en les biomolècules del cos humà. L'estudi va revelar la importància que els dipols dels aminoàcids juguen en la seva interacció amb l'aigua. Els canvis estructurals a les superfícies d'aminoàcids, com a causa de l'acció de l’aigua en ells va concloure en la descripció d’una nova superfície amb dos nivells diferenciats a la L-alanina (011). A més, la diferenciació enantiomèrica de la L i la D-valina s'ha descrit utilitzant un senzill experiment AFM. El camp elèctric generat per alguns dels cristalls dels aminoàcids ha sigut estudiat com a possible factor d’afavoriment de la congelació de l'aigua, es va estudiar l'efecte del camp elèctric natural de diversos monocristalls a les molècules d'aigua presents com a funció de la humitat relativa i la temperatura. En l'última part d'aquesta tesi, diferents capes primes de ferroelèctrics PZT2080 es van utilitzar a causa de que els seus dipols poden ser orientats mitjançant AFM en una manera controlada. He utilitzat aquestes superfícies per estudiar la influència dels dipols en l'ordenament d'aigua. Les condicions experimentals òptimes per assegurar una polarització propera al 100% d'una regió PZT2080 (utilitzant les imatges de fase de PFM com a referència) amb una injecció de càrrega mínima han sigut descrites. Les imatges KPFM van revelar diferències de desenes de mV sobre les regions polaritzades per a lleugeres disminucions de temperatura, d'una manera controlada i reproduïble.
