'물의 네 번째 단계' - 순수한 물이 H2O보다 더 중요한 이유

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/the-fourth-phase-of-water-how-pure-water-is-more-than-h2o

다음은 2020년 2월 제1회 과학과 신 국제회의(ICSG I)에서 워싱턴 대학교 시애틀 캠퍼스의 생명공학 교수인 제럴드 H. 폴락 박사가 한 편집된 강연의 첫 번째 부분입니다. "물의 네 번째 단계"를 이해하는 것의 실제적 적용은 엄청나며, 물을 정화하고, 에너지를 생성하고, 인체를 치유하는 새로운 방법을 열어줄 것입니다. 이는 2부에서 다룰 것입니다. 

©m.shattock/Flickr (CC BY-SA 2.0)

모든 사람은 물의 세 가지 일반적인 상태, 즉 고체(얼음), 액체, 기체(증기)에 대해 알고 있습니다. 저는 물의 네 번째 상태에 대해 이야기하고, 빛이 예상치 못하게 물에 어떤 영향을 미치는지에 초점을 맞추고 싶습니다.

저는 물 이외의 다른 일을 하면서 경력을 시작했습니다. 우리는 적어도 수십 년 동안 근육 수축의 분자 메커니즘을 연구했습니다. 그러다가 얼마 전 세상을 떠난 길버트 링을 만났습니다. 그는 100세가 조금 못 되는 나이였습니다.

길버트는 널리 멸시받는 새로운 아이디어를 내놓았습니다.

그 아이디어는 살아있는 세포 내부의 물은 유리잔에 담긴 식수와 다르다는 것이었습니다. 그는 당신 몸의 세포 내부의 물은 분자가 일렬로 정렬되어 있어서 다르다고 말했습니다.

세포 내부에는 많은 거대 분자, 대부분 단백질이 있으며, 단백질의 표면은 전하를 띱니다. 각 물 분자는 한쪽 끝은 양전하이고 다른 쪽 끝은 음전하인 쌍극자로 간주될 수 있으며, 표면의 이러한 전하와 일렬로 정렬되는 경향이 있습니다. 길버트는 당시 대부분의 물리 화학자들이 믿었던 것과는 달리 이 물이 질서 있는 물의 다층을 형성할 것이라고 주장했습니다.

제외 구역(EZ) 물 

그 물의 특징 중 하나는 분자가 일렬로 정렬된 수정과 같다는 것입니다. 그 아이디어는 수정이 있을 때 얼음이 형성될 때와 같은 일이 일어난다는 것입니다. 즉, 용질과 입자를 밀어내어 순수한 수정을 얻습니다. 여기서 우리는 물 분자가 일렬로 정렬되고 입자와 용질을 배제하는 영역이 있어야 한다는 것을 알고 있었습니다.

1년 안에 우리는 그것을 발견했습니다. 젤 옆에 입자가 전혀 들어가지 않는 상당한 영역이 있다는 것을 알 수 있었습니다. 이 초기 사례에서 입자가 없는 구역은 약 50μm로, 인간 머리카락 한 가닥의 두께의 약 절반입니다.

우리는 이것을 계속해서 발견했습니다. 누군가가 40년 전에 Journal of Physiology 에 이것을 발표했고 , 거의 정확히 같은 결과가 나왔습니다. 우리는 이것을 배제 구역(EZ)이라고 부르기로 했습니다. 왜냐하면 배제하는 구역이기 때문입니다. 우리는 이것을 EZ water라고 줄여서 부릅니다.

우리는 이 EZ water를 많은 친수성("물을 좋아하는") 표면 옆에서 발견했는데, 이 표면은 테프론에서처럼 물방울이 구슬처럼 뭉쳐 있는 대신 물방울을 뿌립니다. 이러한 표면 중 다수는 배제 구역을 생성하고 많은 용질이 배제됩니다.

그러면 우리는 이 물이 정말로 일반적인 벌크 물과 다른지라는 질문으로 돌아갑니다. 우리는 EZ 물이 벌크 물과 물리적으로 다르다는 많은 증거를 가지고 있습니다.

EZ는 보통 음전하를 띱니다. 작은 전극을 사용하여 전기적 전위를 측정한 결과, EZ는 친수성 표면 바로 옆에 형성되고 음전하를 띤다는 것을 발견했습니다. 그 너머의 영역은 동일하고 보완적인 양의 양전하를 띱니다.

각 물 분자는 두 개의 음전하를 가진 산소 원자와 각각 하나의 양전하를 가진 두 개의 수소 원자를 가지고 있습니다. 물 분자는 일부 에너지에 의해 분열되어 분열의 한 쪽에는 두 개의 음전하와 하나의 양전하가 있습니다. 이 쌍극자는 친수성 표면과 정렬되어 이런 식으로 층층이 쌓입니다(그림 참조). 한편, 양성자는 떨어져 나와 대량의 물에 분포합니다. 그러면 음전하와 양전하가 분리되는데, 이는 사실상 물로 만든 배터리입니다.

 ©Gerald Pollack/HJIFUS

요약하자면, EZ 구조는 위의 이미지와 비슷합니다. 그것은 물질과 그 물질 옆에 있는 물을 보여줍니다. 이 EZ 물 층은 자연에서 매우 흔한 육각형 모티브로 한 번에 하나씩 만들어집니다. 이러한 평면 표면 중 하나를 살펴보면 산소와 수소 원자로 구성된 육각형 모티브를 볼 수 있으며, 하나의 단위 셀에서 산소와 수소 원자의 수를 세어 보면 더 이상 H2O가 아니라는 것을 알 수 있습니다. H2O가 될 것이라고 기대하지 않을 것입니다. H2O는 중성이고 음전하가 필요하기 때문입니다. 우리는 단위 구조가 실제로 H3O2이고 음전하를 가지고 있다고 생각합니다.

이것이 살아있는 세포 내부에 어떻게 적용될 수 있을까요? 세포 내부는 정말 붐비는데, 즉 세포 내부의 모든 물이 이 단백질이나 다른 거대 분자 근처에 있어서 모두 EZ 물이 되고, 이는 음전하를 띱니다.

각 정점에 산소가 있는 것을 볼 수 있습니다. 각 산소 원자는 두 가지 상태뿐만 아니라 다섯 가지 산화 상태, 즉 -2, -1, 0, +1, +2를 가지고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 신체 세포에 있는 EZ의 이론적 정보 저장 용량은 엄청납니다. 지금 플래시 드라이브에 있는 것보다 약 7~8배 더 큰 용량을 계산한 것 같습니다.

EZ Water는 빛에 반응합니다 

EZ 워터는 벌크 워터와 물리적으로 구별되는가? 답은 "예"입니다. 구별되는 특징이 많기 때문입니다. 추측컨대, 겹겹이 쌓인 벌집 구조이며, 정보 저장 기능이 있고, 의도에 반응할 수도 있습니다.

저는 이것이 배터리라고 지적했고, 모든 사람이 배터리는 충전이 필요하다는 것을 알고 있습니다. 밤새 충전하는 것을 잊으면 휴대전화가 작동하지 않습니다. 질문은, 이 배터리를 충전하는 것은 무엇인가, 어떤 종류의 에너지가 이러한 잠재적 차이를 만들어낼 수 있는가입니다.

저는 2~3년 동안 우리가 그것을 알아낼 수 없었다는 것을 인정해야겠습니다. 그러다가 연구실에서 일하는 학생이 그것이 사실 빛이라는 것을 알아냈습니다. 그는 챔버에 램프를 비추고 무슨 일이 일어나고 있는지 보라고 했습니다.

 ©Gerald Pollack/HJIFUS

여기 검은색은 친수성 물질로, 이 경우 나피온입니다. 이는 우리가 종종 사용하는 폴리머이지만 독점적으로는 아닙니다. 이것은 여기 보이는 입자와 같이 훌륭한 배제 구역을 생성합니다. 제 학생이 빛을 비추는 곳마다 배제 구역이 크게 확장되었습니다. 그가 빛을 끄자 수십 초 후에 EZ가 원래 크기로 돌아갔습니다.

빛이 이 구역을 확장한다면, 광자는 이 배제 구역을 형성하는 에너지와 그것과 함께 오는 전하 분리를 제공할지도 모릅니다. 우리의 실험은 가장 효과적인 파장이 적외선이라는 것을 보여주었고, 특히 3μm에서 가시광선보다 거의 천 배 더 강력합니다.

적외선은 어디에나 있기 때문에, 물 옆에 친수성 물질이 있다면 친수성 표면 옆에 항상 일정량의 EZ 물이 있다는 것을 의미합니다. 적외선이 많을수록 배제 구역이 커집니다. 적외선이 제거되면 원래 크기로 돌아갑니다.

빌드업을 위한 에너지 측면에서, 우리는 EZ가 빛, 즉 광자 에너지로 구동된다는 것을 알고 있습니다. 이 에너지는 물을 정렬하고, 엔트로피를 감소시키고, 물 배터리를 충전합니다. 물 한 잔은 환경과 평형 상태에 있지 않습니다. 그것은 끊임없이 환경으로부터 에너지를 흡수합니다. 그러면, 이 에너지를 물에서 수확할 수 있을까요?

한 예는 다른 학부생에게서 나왔습니다. 저는 그에게 물과 입자가 있는 챔버에 나피온 튜브를 넣고 현미경을 사용하여 튜브 벽 바깥이나 바로 안쪽에 배제 구역이 형성되는지 확인하라고 했습니다.

그가 그렇게 한 후, 물이 멈추지 않고 튜브를 따라 흐르는 것을 보고 충격을 받았습니다. 왜냐하면 일반적으로 튜브를 통과시키려면 점성이 있는 물이 압력이 필요하기 때문입니다.

신체에서 심장은 동맥을 통해 혈액을 보내기 위해 압력을 발생시킵니다. 우리 실험에서는 튜브가 수평으로 놓여 있고 튜브 양쪽 끝의 압력이 동일했기 때문에 흐름을 구동하는 압력 기울기가 없었습니다. 사용 가능한 유일한 에너지 공급원은 빛, 특히 적외선의 흡수였으며, 이는 이 모든 것의 전원이 될 수 있습니다.

작동 방식은 다음과 같습니다. 튜브를 가져다가 물로 채우고 공기 방울이 없는지 확인한 다음 물과 마이크로스피어가 들어 있는 챔버에 넣습니다. 그런 다음 현미경으로 관찰하여 무슨 일이 일어나는지 확인합니다. 아래에 표시된 것처럼 총 빛의 양을 줄이기 위해 녹색 빛을 사용했습니다.

©Gerald Pollack/HJIFUS

우리는 충분히 좁고 친수성인 재료를 쉽게 찾을 수 없었기 때문에 우리만의 재료를 만들었습니다. 우리는 젤을 가져다가 아직 액체일 때 와이어를 꽂았습니다. 그런 다음 젤이 되면서 와이어를 꺼냈습니다. 이렇게 하면 터널이 있는 젤(폴리아크릴산) 덩어리가 생겼습니다.

우리는 이 젤 튜브를 물과 마이크로스피어가 담긴 욕조에 넣었습니다. 마이크로스피어가 있는 물에 넣었을 때, 가장 먼저 일어나는 일은 EZ가 성장하여 모든 마이크로스피어를 중앙선 쪽으로 밀어내는 것입니다. 지금까지 8가지 다른 젤을 시도했습니다. 결과는 같았지만 유속은 달랐습니다.

일이 수행되었으므로 에너지가 필요합니다. 시스템이 접촉한 유일한 에너지는 챔버의 물이 흡수한 적외선 에너지입니다. 그러므로 이 물은 광 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 변환기입니다.

결론적으로, 제가 언급하고 싶은 주요 요점은 우리 모두가 물에는 고체(얼음), 액체, 증기의 세 가지 상이 있다는 것을 배웠다는 것입니다. 저는 여러분에게 네 번째 상이 있다는 증거를 제시했습니다. EZ의 구조는 얼음의 구조와 크게 다르지 않습니다. 사실, 물을 얼리고 싶다면 얼음에 도달하기 위해 EZ 상을 거쳐야 한다는 것을 발견했습니다. 반대로 얼음을 녹이면 액체 물에 도달하기 위해 EZ 물도 통과해야 합니다.

*Gerald H. Pollack, PhD, is a professor of bioengineering at the University of Washington, Seattle. He is also the executive director of The Institute for Venture Science and cofounder of 4th-Phase Inc.