Naukowcy z Uniwersytetu Western Ontario w Kanadzie oraz Chińskiej Akademii Nauk stworzyli najmniejszy i najbardziej skomplikowany węzeł molekularny na świecie, który składa się zaledwie z 54 atomów. Ten mikroskopijny splątanie przypomina węzeł 'trefoil’, czyli trójlistnej koniczyny, który jest podstawowym elementem w teorii węzłów matematycznych.

W 2020 roku chemicy z Chin uformowali podobny węzeł z 69 atomów, ale najnowsze odkrycie pokonało ten rekord, tworząc węzeł o wyższej gęstości i mniejszym rozmiarze. Co ciekawe, im mniejsza liczba atomów w stosunku do skrzyżowań w węźle, tym jego struktura jest mocniejsza. Węzeł z 2020 roku miał stosunek skrzyżowań do atomów (BCR) wynoszący 23, podczas gdy nowy węzeł osiągnął BCR na poziomie 18.

Większość organicznych węzłów molekularnych ma BCR między 27 a 33. Obliczenia kwantowo-chemiczne sugerują, że najstabilniejsza struktura trefoil może zawierać około 50 cząsteczek, co oznacza, że zbliżamy się do teoretycznego limitu.

Odkrycie to jest krokiem bliżej do zrozumienia mikroskopijnych węzłów, które naturalnie formują się w DNA, RNA i różnych białkach w naszych ciałach. Może to również pomóc naukowcom w tworzeniu lepszych tworzyw sztucznych i polimerów.

Jak wyjaśnia chemik Richard Puddephatt, odkrycie to było szczęśliwym przypadkiem podczas pracy nad metalowymi acetylidami. Podczas łączenia złotego acetylidu z inną strukturą węglową, zespół nieoczekiwanie utworzył węzeł trefoil zamiast złotego łańcucha.

Od 1989 roku chemicy starają się tworzyć węzły molekularne, kierując spiralne łańcuchy do pożądanej struktury za pomocą jonów metali. Najnowszy 'metallaknot’ złota jest wyjątkowy, ponieważ sam się formuje.

Puddephatt i jego współpracownicy mają nadzieję, że ich odkrycie zainspiruje do dalszych badań nad samoczynnym tworzeniem podobnych, lecz bardziej trwałych struktur w przyszłości.

Źródło: Nature Communications