Una serie di simulazioni al computer ha evidenziato il formarsi di strutture simili alla doppia elica del DNA quando le molecole d'acqua si congelano all'interno di nanotobi di carbonio.

Utilizzando un supercomputer, un team di ricercatori dell'Università del Nebraska, USA, ha eseguito un modello matematico del comportamento delle molecole dell'acqua. Nella simulazione, le molecole sono state inserite all'interno di nanotubi di carbonio e sottoposte a pressioni molto alte, prima di essere portate alla temperatura di –23° C (“Proceedings of the National Academy of Sciences”, DOI:10.1073_pnas.0608401104).

Gli scienziati hanno osservato con sorpresa che, in certe condizioni, le molecole si organizzano spontaneamente in disposizioni a forma di “scala a chiocciola”, simili all'elica del DNA. “Non ce lo aspettavamo” ha raccontato a New Scientist Xiao Cheng Zeng, l'esperto di nanotecnologia computazionale a capo della ricerca. “Credevamo che si sarebbero formati dei tubi di ghiaccio, come si era già osservato in condizioni analoghe.”

Nelle simulazioni le molecole d'acqua sono state compresse dentro nanotubi con un diametro da 1,35 a 1,9 nanometri, a una pressione che poteva variare da 10 a 40.000 atmosfere. Zeng ritiene che la combinazione fra questo ambiente così isolato e le condizioni estreme di pressione ha causato una deformazione mai osservata prima del legame degli atomi di idrogeno all'interno della molecola d'acqua.

Nella maggioranza delle condizioni le molecole simulate hanno formato le strutture tubolari che ci si aspettava. Le sessioni in cui l'acqua è stata schiacciata dentro ai nanotubi del diametro di 1,35 nanometri, con una pressione di 40.000 atmosfere hanno però evidenziato la formazione di queste spettacolari doppie eliche di ghiaccio (Fig 1).

La parte interna delle strutture è costituita da un'elica a quattro bracci (Fig 2), mentre quella esterna consiste di quattro eliche a due bracci, ognuna delle quali riproduce la struttura tipica del DNA (Fig 3).

Zeng fa parte di un team che già nel 2001 ha osservato la formazione di piccoli tubi di ghiaccio dentro i nanotubi di carbonio, confermando le simulazioni al computer eseguite anni prima. “Mi aspetto che anche queste previsioni vengano confermate” aggiunge Zeng. “Per individuare queste strutture i ricercatori sperimentali potranno usare la spettroscopia a raggi infrarossi o lo studio degli urti fra neutroni.”