Venstre eller højre molekyler giver en hånd til materielle strukturer

Som nedenfor, så ovenfor. Det ser ud til at være et funktionsprincip for molekyler, der starter med en grundlæggende chiralitet - eller "handed-ness" - og giver det videre, når de kombineres til større strukturer.

Et internationalt hold, der omfattede materialeforsker Edwin Thomas fra Rice University, lavede en ny, grundlæggende detaljer fra dens bottom-up skabelse af flere blokcopolymerer, syntetiske materialer, der naturligt samler sig af små byggeklodser.

De fandt, at venstre eller højre chiralitet etableret af de mindste byggesten (monomerer) af polymeren replikerede sig selv, da det mikroskopiske materiale kom sammen for at danne spiralstrukturer i større skala, der ligner dem, der almindeligvis findes i naturen - f.eks. i spiralformet DNA - og kunne muliggøre skabelsen af ​​materialer med unikke egenskaber.

"Fra et ejendomssynspunkt, chiralitet er ret stor for optik, " sagde Thomas. "Håbet er, at vi kan kontrollere selvsamlingen af ​​chirale entiteter for at gøre super-kirale enheder 10 eller 100 gange større, så de er i stand til at interagere med synligt eller endda infrarødt lys."

Opdagelsen ledet af risprofessorens eksperimentelle kolleger i Taiwan er fokus for en artikel i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Thomas og hans team har brugt år på at udvikle ekspertise inden for blokcopolymerer, en klasse af metamaterialer, der kan samle sig selv i mange forskellige mønstre, inklusive skiftende lag. En vekslende copolymer, de skabte, viste sig i stand til at absorbere energien fra en kugle i mikroskala, mens en anden dannede en farveskiftende film, der kunne fungere som sensor i fødevareemballage, der kunne registrere fordærv, og en anden, der kunne bruges til reversibelt at skrive i farver på almindeligt papir.

Thomas bemærkede vigtigheden af ​​chiralitet i naturen, især inden for lægemiddeldesign, hvor et venstrehåndsmolekyle kan være en frelser, mens det samme molekyle, men højrehåndet, er giftig. Chiral-specifikke copolymerer, der efterligner naturen, kunne også blive hårde, men fleksible forbindelser med unikke, justerbare egenskaber, han sagde.

Forskere ved National Tsing Hua og National Chung Cheng universiteterne i Taiwan dyrkede arrays af polymercylindre fra monomerer og viste gennem tomografiske elektronmikroskop 3D-rekonstruktioner og videoer, at cylindrene snoede sig selv til venstre eller højre som dikteret af de molekylære byggesten.

Thomas sagde, at de resulterende elastiske polymerer kunne strækkes og indstilles efter behov for at reagere på specifikke bølgelængder af lys. "Vi kunne lave fotoniske krystaller, der reflekterer højrehåndslys og transmitterer venstrehåndslys, " sagde han. "Med cirkulært polariseret lys, det kunne transmittere for den ene hånd og reflektere for den anden hånd. Det ville være et spejl til højre og perfekt gennemsigtigt til venstre.

"Jeg glæder mig til at eksperimentere med lys med disse materialer, fordi lys er fascinerende, " sagde Thomas. "Du kan gøre ting, du bogstaveligt talt kan se ved at manipulere materialet."

Han ser frem til skabelsen af ​​chirale objekter, der er endnu mere komplekse. "Hvad nu hvis vi kan lave venstre-chirale strukturer, der smelter sammen til højre-chirale strukturer? Og antag, at vi kan gøre det i tre dimensioner? Hvad sker der der?

"Hver gang vi løser noget eller tror, ​​vi har fundet en interessant ting, alt hvad vi har gjort er at åbne op for tusind nye spørgsmål, sagde han. Og jeg har nye spørgsmål.