Жизнь как форма организации воды: НАНО-ВОДА
Воейков В.Л.
Биологический факультет МГУ им М.В. Ломоносова
По своему химическому составу любой живой организм, любая его ткань более чем на 99% состоит из молекул воды, т.е. вода представляет собой основную химическую субстанцию живых систем. Но только сейчас стало приходить осознание, что ни морфологию живых организмов, ни биоэнергетику, обеспечивающую их жизнедеятельность и иммунитет, ни управление жизненными функциями – биорегуляцию, нельзя понять без учета особых структурно-энергетических свойств воды. Конечно, речь не идет о воде, «как таковой» – твердом, жидком или газообразном веществе, представленном молекулами Н2О. Молекулы воды в той субстанции, что лежит в основе любых живых клеток и межклеточной среды, служат кирпичиками, из которых строятся разнообразные ансамбли; многообразие их архитектуры и динамики определяется контактирующими с водой веществами. Верно и обратное – выстроенные из молекул воды «сооружения» определяют структуру и динамику биологически значимых молекул, особенно биополимеров – белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и их надмолекулярных комплексов, обеспечивая выполнение ими своих биологических функций.
Как, например, организована вода в крови? Во внеклеточном жидком матриксе – плазме содержание воды составляет около 3 литров, а площадь поверхности только эритроцитов достигает 5000 м2. Тогда даже без учета площади поверхности всех других форменных элементов крови и белков плазмы, которые также адсорбируют воду, толщина слоя воды на поверхности эритроцитов не может превышать 0,6 мкм. А если принять во внимание все другие поверхности, которые могут ассоциировать воду в крови, то окажется, что чуть ли не вся вода в крови представлена той, что прилегает к поверхности биополимеров. Пограничные участки биополимеров, как правило, несут полярные группировки, которые электрически поляризуют и воду, а поскольку молекулы воды представляют собой постоянные диполи. Из молекул Н2О выстраиваются многослойные поляризованные водные структуры, кардинально отличающиеся по своим свойствам от объемной жидкой воды и льда. Эту водную фазу называют «пограничной» (interfacial) водой. Именно пограничная, поляризованная вода лежит в основе не только морфологии живых систем, но и всей жизнедеятельности.
Жизненный процесс немыслим без энергетики. Все живые организмы получают энергию из реакций окисления-восстановления – переноса электронов от вещества, сравнительно слабо его удерживающего, к веществу, которое удерживает его прочнее. Наибольшее количество энергии дают реакции, в которых электроны от окисляемого вещества непосредственно или через цепочку посредников передаются кислороду. Поэтому подавляющее большинство живых организмов извлекает энергию из аэробного дыхания. Ключевая роль воды в окислении кислородом горючих веществ была открыта еще в конце 18 века, когда было установлено, что вода служит посредником (катализатором) процессов горения. Уже тогда утверждалось, что атомы кислорода, окисляющие горючие тела, отнимаются у молекул воды, а освобождающиеся при этом атомы водорода восстанавливают молекулы газообразного кислорода. При этом происходит регенерация использованных молекул воды. Это открытие опередило свое время почти на 2 столетия, и было прочно забыто. Только в самые последние годы появились его подтверждения. Так, антитела (молекулы, отвечающие за иммунитет), всегда присутствующие в крови человека и животных, способствуют непосредственному окислению кислородом молекул воды, т.е., фактически, ее горению. Промежуточным продуктом этой удивительной реакции является перекись водорода, которая быстро разлагается в крови вновь до кислорода и воды. Этот процесс не только противоречит нашим обыденным представлениями о том, что вода не может гореть, но и на первый взгляд выглядит бессмысленным, так как его конечными продуктами являются те же вещества, что вступили в реакцию. В действительности, главным продуктом такого процесса служит освобождающаяся в ходе его энергия, которая в этом случае может использоваться, например, для реализации иммунных реакций. «Горение» воды, катализируемое антителами, – лишь частный случай строго контролируемых и непрерывно протекающих в живых организмах процессов горения с участием организованной воды.
Открытия, касающиеся роли и участия воды в процессах горения, сделанные и в конце 18 века и в начале 21 века, отнюдь не противоречат нашим знаниям о свойствах «обычной» воды, которая не только не горит, а напротив, тушит пламя. По-видимому, «гореть», т.е. окисляться кислородом может лишь особым образом организованная, структурированная вода, отличающаяся от обычной не меньше, чем легко горящая древесина отличается от мелких древесных опилок. Действительно, роль антител – крупных белковых молекул сводится к тому, что они так организуют молекулы воды в пространстве, что одни молекулы Н2О служат катализируют реакции между другими молекулами Н2О и молекулами кислорода.
Антитела – далеко не единственные организаторы воды, придающие ей свойства и катализатора, и реагента в производящих энергию реакциях окисления-восстановления. Появляется все больше свидетельств, что такую же роль могут играть многие другие молекулы и их ассоциаты – надмолекулярные комплексы, и частицы субмикроскопических размеров, суспендированные в воде. Но чтобы подобные водные системы производили энергию и трансформировали ее из одной формы в другую, требуется, чтобы эти частицы имели субмикроскопические размеры, т.е. представляли собой наночастицы, а их поверхность поляризовала бы воду оптимальным образом. Такую роль могут играть не только твердые частицы, но и газовые нанопузырьки, всегда присутствующие в воде, содержащей растворенные газы. Кроме того, чтобы такая водная система «заработала», требуется, чтобы она получила внешнее воздействие, которое должно обеспечить определенную исходную организацию частиц относительно друг друга и дать системе первоначальный импульс. Это могут быть и механические воздействия, например, интенсивное встряхивание воды, как это делается при приготовлении гомеопатических препаратов, и электромагнитные поля и импульсы, и облучение воды определенным образом модулированным светом или звуком. Биоэнергетические процессы с участием воды могут выступать в роли внутренних ритмоводителей биологических функций, а также служить чувствительными антеннами для восприятия внешних сигналов колебательной природы.
Итак, если не вся, то подавляющая часть внутри- и внеклеточной воды структурирована био-наночастицами, поскольку их размеры лежат в области от десятков до сотен нанометров. Так как пограничная вода представляет собой фазу с особыми физическими и химическими свойствами, то вполне законно назвать ее «нано-водой» , а способы управления ее свойствами – «гидро-нанотехнологиями» . Появляется все больше указаний, что именно нано-вода лежит в основе всех процессов жизнедеятельности. Другой вопрос, что для эффективного осуществления гидро-нанотехнологий в биологии и медицине требуется пройти еще очень большой путь по изучению фундаментальных свойств био-нано-воды.
Источник
Нановода убивает бактерии
Наночастицы обычно обладают свойствами, отличающимися от свойств макропорций того же вещества. Оказалось, что и вода в этом отношении не исключение
Конечно, деньги, престиж или тщеславие вполне могут быть тем побудительным мотивом, которым руководствуется тот или иной исследователь в своей работе, но в большинстве случаев учеными движет все же научная любознательность, чтобы не сказать — банальное любопытство.
Во всяком случае, пишет М. Фрадкин (www.dw.de), именно любопытство побудило американского физика, профессора Гарвардского университета Филипа Демокриту (Philip Demokritou) и его коллег обратиться к изучению мелкодисперсной воды: «Мы знаем, что любое вещество, измельченное до размера наночастиц, обретает весьма необычные свойства — и физические, и химические, и биологические, — говорит ученый. — Однако до сих пор все такого рода эксперименты ограничивались твердыми материалами. Мы же решили посмотреть, как поведут себя нанокапельки воды».
Электроспрей распыляет воду
Для получения взвешенных в воздухе нанокапелек воды гарвардские исследователи воспользовались электроспреем. Электроспрей — это метод ионизации жидких веществ распылением в электрическом поле, широко применяемый в современной масс-спектрометрии. Метод позволяет получать электрически заряженные капельки правильной формы и практически одного размера. Профессор Демокриту сумел распылить воду до капель диаметром 25 нанометров, что в тысячу раз меньше диаметра человеческого волоса.
Тем не менее, полученный аэрозоль оказался на удивление стабильным, говорит ученый: «Мы обнаружили, например, что электрический заряд повышает поверхностное натяжение капли, и процесс ее испарения замедляется. В результате эти искусственно полученные водяные наноструктуры способны долгое время парить в воздухе, хотя обычно капли воды такого размера испаряются мгновенно, за доли секунды».
Высокая стабильность наноаэрозоля
В экспериментах гарвардских ученых нанокапли воды, полученные методом электроспрея, сохранялись в воздухе во взвешенном состоянии от трех до четырех часов. Причем содержали они не только молекулы воды, поясняет профессор Демокриту: «Электроспрей приводит к расщеплению молекул воды, в результате чего образуются гидроксильные и супероксидные радикалы, то есть реактивные формы кислорода. Эти ионы как бы заключены в каплях воды диаметром 25 нанометров».
Наличие радикалов кислорода с исключительно высокой реактивностью дало ученому основание назвать полученные им капельки нанобомбами, поскольку они оказались на редкость эффективным дезинфицирующим средством. При контакте взвешенных в воздухе нанокапель воды с бактериями кислородные радикалы разрушают мембраны бактериальных клеток, и бактерии гибнут.
Эффективность, безопасность и экологичность нановоды
Это открывает перспективу совершенно неожиданного применения нанокапель воды. «Их можно использовать, например, для дезинфекции воздуха — и таким образом поддерживать стерильность свежих сельскохозяйственных продуктов, — указывает исследователь. — Или, скажем, нановодой можно дезинфицировать раны. Этот простой и не связанный с применением химических веществ метод обеззараживания может стать чрезвычайно эффективным средством борьбы с инфекционными заболеваниями».
Правда, тут возникает один немаловажный вопрос: безопасна ли нановода для здоровья человека? Ведь все прочие наночастицы, если попадают с вдыхаемым воздухом в легкие, вызывают воспалительные реакции или повреждения тканей вплоть до злокачественных новообразований. Профессор Демокриту выполнил ряд токсикологических исследований на мышах и, к собственному удивлению, не обнаружил никаких тревожных признаков.
Ученый объясняет это так: «Наши легкие покрыты изнутри тонким слоем слизи. Эпителиальные клетки легочной ткани расположены под этим слизистым слоем. Нанокапельки воды, попав на это водянистое покрытие, тотчас нейтрализуются и растворяются. То есть они вообще не вступают в контакт с эпителиальными клетками, а потому не могут причинить легочной ткани ущерба, как это происходит в случае других наночастиц».
О практическом применении речь пока не идет
Итак, получается, что нановода — эффективное и безопасное для человека бактерицидное средство, к тому же не оставляющее после себя продуктов распада. Звучит впечатляюще. Но о практическом применении нановоды речь все же пока не идет, говорит профессор Демокриту: «Мы хотели бы собрать больше информации о возможных негативных воздействиях на здоровье. Хотя результаты первых токсикологических ингаляционных экспериментов на мышах выглядят многообещающе, мы должны изучить и возможные долговременные воздействия».
Если при этом никаких проблем не возникнет, тогда можно будет вести речь и о практическом использовании нановоды. Некоторые из идей ученого выглядят сегодня совершенной фантастикой: например, подключаемое к USB-разъему компьютера миниатюрное устройство для распыления воды в электрическом поле. Такое устройство позволит создать вокруг рабочего места невидимую защитную оболочку, своего рода экран, отражающий с помощью нанобомб угрозу бактериальных инфекций.
Источник
Что такое нано вода
Наноионизированная вода (Nano Super Ion Water — NSIW) [1] — новый продукт для российского рынка. Однако она уже широко используется в странах Юго-Восточной Азии и приобретает популярность в других странах, прежде всего, как экологичное очистительное средство с широким спектром применений как в промышленности, так и в быту.
NSIW формируется электролитическим способом из подготовленной водопроводной воды на основе нового запатентованного метода.
При электролизе кластеры водопроводной воды произвольной формы и размеров (обычно 15–20 молекул Н2О — рис. 1а) разрушаются и происходит формирование новых кластеров воды, причем при минимизации энергетических затрат. В результате получаются меньшие по размеру кластеры симметричной шестигранной формы, состоящие всего из шести молекул воды (рис. 1б). В процессе ионизации молекула воды расщепляется на отрицательно заряженный ион гидроксила [OH–] и на положительно заряженный ион водорода [Н+] (рис. 1в).
а) б) в)
Рис. 1. Электролитический способ производства нано ионизированной воды
NSIW — очень сильнощелочной электролизной водой с концентрацией ионов водорода pH 12,5 и окислительно-восстановительного потенциала ORP – 900 мВ. Для сравнения, у водопроводной воды рН около 7, у щелочной воды для питья — около 8–9. В отличие от щелочной воды, образованной каустической содой или другими едкими щелочами, NSIW чистая 99,83 % вода не вызывает раздражение кожи или химических ожогов. Тем не менее она не пригодна для питья и может быть использована только для наружного применения.
Испытания, экспертизу и сертификацию Наноионизированной воды NSIW проводила швейцарская компания SGS, являющаяся мировым лидером в этой сфере. Установлено, что NSIW является экологичной и безопасной для человеческого организма и окружающей среды. Исследования были проведены и в России специализированным учреждением ФБУН НИИ Дезинфектологии Роспотребнадзора (Москва) и также подтвердили безопасность NSIW для человека и животных. По их результатам, Наноионизированная вода была отнесена к 4 классу опасности по ГОСТ 12.1.007–76. То есть продукт может быть использован как в промышленности, так и для личного и домашнего пользования.
NSIW обладает:
— мощными очистительными и дезинфицирующими свойствами;
— способностью уничтожать разные виды грибков и бактерий;
— убирает неприятные запахи;
— блокирует коррозию;
— не содержит поверхностных активаторов и других синтетических химических веществ и, что важно, не требует специальной утилизации;
— имеет большой срок хранения — 1 год в закрытом виде, защищенном от попадания прямых солнечных лучей, УФ-излучения и воздействия высокой температуры.
Нагрев NSIW до 40
90°С увеличивает ее активность.
Так как NSIW состоит только из фильтрованной воды (чистой воды 99,83 %), гидроксида калия (КОН 0,17 %) и гидроксилов ОН-, она не содержит загрязнителей окружающей среды, которые присутствуют в промышленных и бытовых моющих и чистящих средствах. В связи с этим, на использование Наноионизированной воды не накладывается никаких ограничений, как на вещества со свойствами биохимического потребления кислорода (БПК), химического потребления кислорода (ХПК), попадающих в регистр выбросов и переноса загрязнителей (РВПЗ) и относящихся к летучим органическим веществам (ЛОВ), также NSIW безопасна в пожарном отношении.
Хотя Наноионизированная вода — это просто вода, ее производительность за счет большей способности проникновения меньших по размеру кластеров в загрязняющие агломераты сравнима с синтетическими моющими средствами при очистке готовых изделий и оборудования от технологических загрязнителей. Проведенные испытания на антикоррозионные свойства показали, что сталь не становится ржавой в течение длительного периода времени, так как NSIW не содержит ионов хлора (рис. 2). После высыхания обработанной Наноионизированной водой стальной пластины эффект антикоррозии продолжается в течение от нескольких дней до нескольких недель, потому что на поверхности образовывается защитная мембрана.
а) б)
Рис. 2. Испытание стальной пластины на коррозию в обычной воде (а) и в нано ионизированной воде (б) спустя неделю с начала эксперимента
Исследования также показали, что высокая концентрация ионов водорода NSIW пагубно влияет на вирусы и бактерии. По данным SGS, бактерии, связанные с пищевым отравлением, гибнут в NSIW в течение 30 секунд.
Таким образом, использование Наноионизированной воды в качестве моющего, чистящего и антикоррозийного средства, а также как разбавителя для СОЖ, позволяет решить следующие производственные задачи:
— очистка труднодоступных мест металлоизделий, а также изделий оптико-электронной промышленности;
— очистка металлорежущего, шлифовально-полировального и других видов оборудования от загрязнений и остатков СОЖ;
— защита металлоизделий и оборудования от коррозии;
— устранение неприятных запахов от активности бактерий;
— продление срока использования СОЖ за счет защиты от биоповреждений;
— снижение промышленных отходов за счет уменьшения расхода моющих растворов;
— улучшение условий труда работников и рабочей среды.
NSIW может использоваться в качестве очистительного средства для уборки в общественных местах и учреждениях. Еще одной перспективной сферой применения является использование Наноионизированной воды в качестве агента, связывающего вредные выбросы отработанных промышленных газов, таких как сажа, токсичные летучие органические вещества и неорганические соединения. Специальное оборудование превращает Наноионизированную воду в наномикропузырьки, которые, смешиваясь с газами, придают ей еще большую активность, чем и достигается эффект поглощения вредных выбросов в атмосферу. Структурная схема процесса очитки дымовых газов мусоросжигательной печи показана на рис. 3. В результате обеспечиваются установленные нормы выбросов отработанных газов; низкое потребление энергии; безопасность за счет отсутствия химических веществ. Возможна автоматизация процесса.
Рис. 3. Структурная схема процесса очитки дымовых газов мусоросжигательной печи с помощью нано-микропузырьков NSIW
Уже начат выпуск широкой линейки потребительских товаров, использующих Наноионизированную воду с пониженным значением рН. Это увлажнители воздуха для помещений, автомобильные внутрисалонные распылители для очищения воздуха от пыли, микробов и неприятных запахов и др. [2]. Документально подтвержденные протоколами испытаний результаты негативного влияния NSIW на микробы и вирусы, в том числе и вирусы гриппа [3] вызывают все больший потребительский спрос на данный продукт.
Источник
