Stabilnost biološke snovi pod natezno napetostjoŠako, Marin (Avtor) Kanduč, Matej (Mentor) KavitacijaMehurčekKapljicaVodaOljePovršinski nanomehurčkiPovršinske napakeKlasična teorija nukleacijeKontaktni kotLipidni slojiPovršinska napetostOmakanjeSimulacija molekulske dinamikeTekočine pod negativnim tlakom oziroma napetostjo so metastabilni sistemi, nagnjeni h kavitaciji—nastanku parnih mehurčkov—ki jih najdemo tako v tehnoloških kot bioloških kontekstih. Primeri segajo od litotripsije in poškodbe tkiva povzročene z ultrazvokom do hidravlike pri rastlinah in izstreljevanja spor praproti. Klasična teorija nukleacije napoveduje, da lahko čista voda prenese napetosti med -110 in -160 MPa, preden pride do kavitacije, vendar eksperimentalne študije visoko prečiščene vode dosledno merijo tlake bližje -20 do -30 MPa. Ta velika razlika se pogosto pripisuje prisotnosti nečistoč, površinskih napak in že obstoječih nanomehurčkov, ki delujejo kot šibke točke znotraj tekočine. Biološke tekočine so še posebej dovzetne za kavitacijo, saj vsebujejo mešanico vode, lipidov, beljakovin, raztopljenih plinov in drugih topljencev. Hidrofobne snovi v takšnih sistemih predstavljajo najšibkejši člen, saj zaradi šibkejših medmolekularnih interakcij lažje kavitirajo kot voda. To delo raziskuje stabilnost tekočin pod napetostjo ter premošča vrzel med teorijo in eksperimentom. Z modeliranjem organskih nečistoč in površinskih nepravilnosti pokažemo, da natezna trdnost ni določena z gostoto nečistoč, temveč z velikostjo največje. Posamezna nanoskopska kapljica organskega materiala ali nanomehurček, večja od nekaj deset nanometrov, lahko zniža natezno trdnost na eksperimentalno opažene vrednosti. Manjše nečistoče ostajajo zanemarljive, saj se vodikove vezi v vodnem okolju lahko prerazporedijo okoli njih. Nadalje pokažemo, da lahko lipidi, ki so v izobilju v bioloških materialih, nudijo stabilizacijski mehanizem. Lipidni dvosloji in lipidni monosloji lahko prekrijejo hidrofobne defekte ter zmanjšajo njihovo sposobnost sprožanja kavitacije, hkrati pa zagotavljajo večjo stabilnost kot nezaščitene površine. Ti izsledki ponujajo vpogled v to, kako rastline vzdržujejo transport soka pri visokih napetostih, in nakazujejo, da ima stabilizacija s površinsko aktivnimi snovmi lahko zaščitno vlogo proti kavitaciji v bioloških sistemih.20262026-04-24 08:15:08Doktorsko delo/naloga182085sl