Binde molekyler i knob

En ny generation af lightere, stærkere plastik kunne produceres ved hjælp af en indviklet kemisk proces, der er udtænkt af forskere.

Kemikere, der arbejder på nanoskalaen - 80, 000 gange mindre end en hårs bredde - har formået at binde molekyler til komplekse knuder, der kunne give materialer en enestående alsidighed.

Ved at væve tråde af atomer i form af fempunktsstjerner, forskere ved University of Edinburgh har skabt byggestenene i materialer, der kunne være yderst fleksible og stødabsorberende.

De håber, at de nye molekyler - kendt som pentafoil-knuder - vil efterligne egenskaberne ved komplekse knuder, der findes i proteiner og DNA, som er med til at gøre nogle stoffer elastiske.

I naturgummi, for eksempel, 85 procent af dets elasticitet skyldes knude-lignende sammenfiltringer i dets molekylkæde.

At skabe sammenknyttede strukturer i laboratoriet skulle gøre det lettere for forskere at observere og forstå præcis, hvordan sammenfiltringer påvirker et materiales egenskaber.

Og at kunne producere materialer med et specifikt antal veldefinerede knuder, snarere end den tilfældige blanding, der forekommer i nutidens plastik og polymerer, forskere kunne udøve større kontrol, når de designer materialer.

Forskningen, finansieret af Engineering and Physical Sciences Research Council, er rapporteret i Naturkemi tidsskrift.

Edinburgh-holdet, arbejder med forskere fra University of Jyväskylä i Finland, er den første til at skabe en knude med fem krydsningspunkter.

Pentafolien, også kendt som en Salomons sælknude, har symbolsk betydning i mange kulturer og er det centrale emblem på Marokkos og Etiopiens flag.

Bevidst at binde molekyler til knob, så dets egenskaber kan undersøges, er ekstremt svært. Indtil nu, kun den enkleste type knude - trefoden, med tre krydsningspunkter – er blevet skabt af videnskabsmænd.

Bemærkelsesværdigt, tråden af ​​atomer, som Edinburgh-holdet har bundet til en femstjernet knude, er kun 160 atomer i længden og måler en 16-milliontedel af en millimeter.

Ved hjælp af en teknik kendt som selvsamling, forskerne frembragte en kemisk reaktion, hvor atomer blev kemisk programmeret til spontant at pakke sig ind i den ønskede knude.

Hovedforsker David Leigh, Forbes professor i organisk kemi ved University of Edinburgh, sagde:"Det er meget tidligt at sige med sikkerhed, men den type mekanisk tværbinding, vi lige har udført, kan føre til meget lette, men stærke materialer - noget der ligner en molekylær kædepost.

"Det kunne også producere materialer med exceptionelle elastiske eller stødabsorberende egenskaber, fordi molekylære knaster og sammenfiltringer er tæt forbundet med disse egenskaber. Ved bedre at forstå, hvordan disse strukturer fungerer - og være i stand til at skabe dem på bestilling - burde vi være i stand til at designe materialer der udnytter disse arkitekturer med større effekt. "