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Le goccioline cariche svelano i propri segreti

Le goccioline di fluido cariche si trovano negli aerosol, nelle nuvole dei temporali e negli elettrospray. Un'iniziativa finanziata dall'UE ha studiato i processi coinvolti nella formazione di goccioline cariche per determinare il modo in cui influenzano l'accuratezza della spettrometria di massa con ionizzazione mediante elettrospray (ESI-MS).
Le goccioline cariche svelano i propri segreti
La tecnica ESI produce ioni utilizzando un elettrospray, in cui viene applicata una tensione elevata su un liquido per creare aerosol. Questa tecnica coinvolge processi come evaporazione e frammentazione, inoltre le goccioline sviluppano instabilità indotte dalla carica. In seguito alla scoperta della tecnica ESI, risalente a circa 50 anni fa, è stata sviluppata una serie di tecniche sperimentali che utilizzano aerosol composti da goccioline molto cariche, tra cui la spettrometria ESI-MS.

Le goccioline di fluido cariche sono normalmente composte da solvente e portatori di carica, come per esempio ioni semplici o macroioni come proteine o acidi nucleici. Il progetto MISICD (Macromolecular ion-solvent interactions in charged droplets) è nato con l'obiettivo di comprendere le proprietà chimiche e fisiche complesse delle goccioline cariche.

Diversi fattori influenzano lo stato di carica e la stabilità della macromolecola complessa (per esempio acido nucleico o proteina). Una scarsa comprensione dei processi e dei principi che producono effetti sulla stabilità dei complessi proteici frenano lo sviluppo della ESI-MS come metodo sperimentale robusto e ad alta produttività per la rilevazione delle interazioni proteina-proteina e proteina-ligando.

Il team MISICD ha stabilito il fondamento teorico per i processi che influenzano la precisione della tecnica ESI-MS. I ricercatori hanno usato la modellistica molecolare per determinare il ruolo di fattori quali velocità di evaporazione e diversa morfologia delle goccioline, in relazione alla stabilità di acidi nucleici e proteine. È stato scoperto che un complesso proteico debole cambia struttura e può generare un restringimento delle goccioline di acqua, dipendentemente dalla relativa stabilità in soluzione madre.

Il modello molecolare al computer ha fornito informazioni circa i meccanismi sottostanti alla desolvatazione delle goccioline, la quale riguarda il rilascio di acqua legata a livello elettrostatico a una particella in una soluzione a base acquosa. Questo modello porterà a misurazioni più efficienti e di qualità superiore, con conseguenti costi inferiori per i farmaci e un migliore monitoraggio degli esplosivi negli aeroporti, grazie a un'analisi chimica più efficiente.

Una migliore comprensione della chimica fisica delle goccioline cariche aiuterà inoltre a produrre avanzamenti nel campo degli aerosol atmosferici. La fisica molecolare di tali aerosol svolge un ruolo importante nel determinare il clima e le condizioni ambientali. Gli studi computazionali delle goccioline di acqua caricata condotte dal progetto MISICD dovrebbero quindi contribuire a informare le decisioni politiche più importanti per quanto riguarda i cambiamenti climatici.

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Argomenti

Life Sciences

Keywords

Goccioline cariche, spettrometria di massa con ionizzazione mediante elettrospray, MISICD, complesso macromolecolare, desolvatazione