Попробуй распутать: химики завязали самый тугой молекулярный узел в мире

Распутать туго смотанный узел из шнурков – уже достаточно трудная задача, но распутать молекулярный узел, созданный учёными из Манчестерского университета, покажется и вовсе невыполнимой миссией. Новый узел размером примерно в 20 нанометров в длину. И, как утверждают его создатели, это самая туго завязанная физическая структура из всех известных.

Самый тугой узел в мире является также и самым маленьким. Он состоит из цепочек молекул, заплетённых вместе, и все свойства такого узла до конца неизвестны. Но исследователи надеются, что эти связанные друг с другом молекулы помогут создавать лёгкие бронежилеты и более эластичные хирургические нити.

Первый молекулярный узел – один из самых математически простых видов, называемых трилистный узел – был завязан в 1989 году. С того дня и до 2011 года химики знали, как "скрутить" молекулы только в один тип узла.

"Существует более шести миллионов разных видов узлов, известных математикам, но химики ранее могли сделать лишь один. И это было довольно печально", — говорит Дэвид Ли (David Leigh) из Манчестерского университета.

В 2011 году Ли был частью исследовательской группы, которая впервые создала искусственный пятилистный узел. Иными словами, учёные синтезировали молекулу, цепочка которой "завязана" в пятилистный узел. В то время как нити узла-трилистника пересекают друг друга по три раза, пятилистный узел имел пять пересечений.

Теперь же Ли и его исследовательской команде удалось создать узел с восемью пересечениями, что делает его наиболее сложным молекулярным узлом из всех известных.

Учёные использовали определённое сочетание ионов при контролируемых условиях, чтобы "заплести" нити молекул при помощи самосборки.

Конечный узел состоит из 192 атомов и включает в себя хлор, водород и азот, а также ряд других химических элементов.



 

"Нити, которые мы завязываем, настолько малы, что вы не можете ухватить их концы и механически связать их подобно шнуркам, — отмечает Ли. – В отличие от тех же шнурков, где мы завязываем один узел за раз, с помощью процесса самосборки можно завязать много миллиардов молекулярных узлов за один раз".

Представленный британскими химиками метод позволит синтезировать различные типы завязанных молекул сразу в больших количествах. По мнению Ли, практическое применение подобных молекул, вероятно, будет обнаружено тогда, когда химики попытаются сплести их друг с другом – то есть воспроизведут процесс, похожий на связывание.

Он представляет, что такие "сотканные" материалы будут использоваться при создании более лёгких бронежилетов и более эластичных хирургических ниток.

"Из нашей повседневной жизни мы знаем о преимуществах текстиля. Вы получаете материалы, которые могут растягиваться в разных направлениях, держать свою форму, быть лёгкими и прочными. Надеюсь, что мы сможем использовать те же принципы и получить похожий эффект на молекулярном уровне", — заключает Ли.

Исследование о самом сложном на сегодня молекулярном узле опубликовано в научном издании Science.

Добавим, что ранее физики завязали в узел водные потоки.