Российские учёные выявили магнитные свойства «загорающего» пигмента

Существуют три основных типа биологических полимеров: нуклеиновые кислоты, белки и полисахариды. Но интересно то, что липиды, несмотря на сложную структуру, не считаются полимерами.

Однако есть ещё одна группа биологических полимеров, которая встречается во всех живых организмах, кроме вирусов. Речь идёт о меланинах. Они придают цвет нашей коже, волосам и глазам. В человеческом организме есть два вида меланина: эумеланин, отвечающий за тёмные оттенки, и феомеланин, отвечающий за светлые. Меланины состоят из сложных высокомолекулярных соединений, главными компонентами которых являются хиноны и гидрохиноны.

Физики и материаловеды интересуются свойствами меланинов по нескольким причинам:

• Меланины, как полисопряженные полимеры, похожи на органические металлы и полупроводники, способные проявлять электрическую проводимость в определённых условиях.

• Меланины хорошо стабилизируют радикалы, и их концентрация в меланинах может быть очень высокой. Из-за этого они похожи на искусственные магнитные материалы и являются важными антиоксидантами.

• Меланины способны поглощать опасные фотоны в ультрафиолетовом и видимом диапазонах, обеспечивая защиту организма от вредного воздействия солнечных лучей.

Исследования меланина, пигмента, определяющего цвет кожи, волос и глаз, все ещё оставляют много вопросов без ответа. Меланин является сложным материалом с неуклюжей структурой, и его свойства трудно предсказать. Классические методы исследования, такие как рентгеновская дифракция, не дают достаточной информации о меланине. Использование квантовой химии для моделирования свойств меланина также представляет сложности. Несмотря на все эти трудности, понимание меланина крайне важно для медицины, материаловедения, биоэлектроники и электроцевтики.

За последние 10 лет проведено множество исследований, которые показали, что вода влияет на химический состав меланина, увеличивая концентрацию мономеров с неспаренными электронами. Учёные из МФТИ исследовали влияние концентрации воды на структуру разных типов меланина при помощи рентгеновского рассеяния. Они обнаружили, что увеличение концентрации радикалов в меланине приводит к уменьшению расстояния между слоями мономеров до значений менее 3.2 ангстрем. Этот процесс, известный как «pancake bonding» (соединение типа «блин»), приводит к сильной распределенности электронной и спиновой плотности. Ранее такие изменения наблюдались только в искусственных материалах.

Учёные планируют провести измерения магнитных свойств увлажнённого меланина, чтобы проверить предсказанный эффект. Если их предположения подтвердятся, это будет означать, что живые системы могут создавать большие органические магнитные структуры, что ранее наблюдалось только в искусственных материалах.