Forskere laver verdens mindste sammenkædede kæder

I årtier, videnskabsmænd har forsøgt at lave en ægte molekylær kæde:et gentaget sæt små ringe, der er låst sammen. I en undersøgelse i Videnskab offentliggjort online 30. november, Forskere fra University of Chicago annoncerede den første bekræftede metode til at lave sådan en molekylær kæde.

Mange molekyler beskrevet som "forbundne" er forbundet med faste kovalente bindinger - ikke to frit bevægelige sammenlåste ringe. Sondringen gør en stor forskel, når det kommer til, hvordan kæden bevæger sig.

"Tænk på at dingle en sølvkæde på din håndflade:Den falder let sammen i en flad pool og kan flyde af din hånd, meget anderledes end en række faste perler, " sagde Stuart Rowan, en professor ved UChicago's Institute for Molecular Engineering og Institut for Kemi og hovedforfatter på papiret.

De længere sammenlåste kæder kunne lave materialer eller maskiner med spændende egenskaber, sagde forskere. Polymerer - materialer fremstillet af gentagne enheder sammenføjet - er ekstremt nyttige i hverdagen, fremstiller alt fra plastik til proteiner; og denne nye måde at kombinere repeat -enhederne kunne åbne nye veje inden for teknik.

"En metalstang er stiv, men en metalkæde af samme materiale er meget fleksibel, " sagde UChicago postdoc-forsker Qiong Wu, den første forfatter på papiret. "Ved at bevare den samme kemiske sammensætning, men ændre arkitekturen, du kan dramatisk ændre materialets adfærd."

Tidligere teknikker - inklusive en, der gav sin opfinder en andel i 2016 Nobelprisen i kemi - havde kun været i stand til at forbinde højst syv ringe sammen. I stedet for at prøve at kombinere sæt af to eller tre løkker til en større kæde, den nye metode kombinerer et antal lukkede ringe og åbne sløjfer. De tilføjede en metalion, der holdt løkkerne og ringene sammen, udførte en reaktion for at lukke de åbne løkker og fjernede derefter metallet for at afsløre et sæt sammenlåste løkker på én gang, to dusin eller flere løkker lange.

Fordi de er så forsvindende små - hver sløjfe er omkring en nanometer i diameter, mindre end hundrede atomer på tværs - holdet brugte meget tid på at bevise, at kæden virkelig havde frit roterende løkker. Men en kombination af eksperimentelle og beregningsmæssige teknikker overbeviste forskerne om, at de var virkelige.

Det er blevet teoretiseret, at sådanne kæder skulle absorbere energi godt - en nyttig egenskab til at dæmpe lyd eller absorbere vibrationer. Det skulle bruge mindre energi på at falde sammen til mindre konfigurationer, da det kræver mindre energi at flytte en ring end at manipulere kovalente bindinger. Det er endda muligt, at kæderne kunne bygges til at udvide sig og trække sig sammen som en harmonika baseret på en stimulus; alle interessante evner til små maskiner.

"Dette er virkelig en ny polymerarkitektur, som kunne tilbyde dig alle fordelene ved polymerer – såsom kraftfuld funktionalitet og tunerbarhed – plus evnen til at koordinere og konstruere deres bevægelse i meget lille skala, " sagde kandidatstuderende Phil Rauscher, også medforfatter.

"Vi er meget begejstrede for at udforske deres ejendomme nu, hvor vi ved, hvordan man laver dem, "Sagde Rowan.