Учёные связали самый сложный молекулярный узел

Отдельные молекулы ученые сумели сплести в плотный кельтский узел, размеры которого не превышают 20 нм. Это самый сложный из «молекулярных узлов», которые когда-либо удавалось получить в лаборатории.

Математические расчеты показывают, что в природе может существовать порядка 6 млрд узлов, неважно, из каких нитей их связывать – из растительных волокон хлопка, из искусственной вискозы или даже из отдельных молекул. Такие «молекулярные узлы» должны стать важной частью наномашин и наноустройств будущего. Однако манипуляция отдельными молекулами настолько сложна, что до недавнего времени ученым удалось получить из них лишь несколько не самых сложных узлов.

«Молекулярный трилистник» (с тремя перекрещиваниями) связал в 1989 г. Жан-Пьер Саваж (Jean-Pierre Sauvage), который за эту и другие работы в области молекулярных машин получил в прошлом году Нобелевскую премию по химии. Более сложный узел появился лишь четверть века спустя, в 2011 году, когда команде британца Дэвида Ли (David Leigh) удалось сплести «молекулярный пятилистник» (лапчатку, с пятью перекрещиваниями). Впоследствии Ли продемонстрировал еще несколько несложных узлов на основе двух молекулярных нитей.

В своей новой работе Дэвид Ли и его коллеги из Манчестерского университета описывают создание самого сложного на сегодняшний день «молекулярного узла» – кельтского, который соединяет сразу три нити и содержит целых восемь их перекрещиваний. Об этом ученые рассказывают в статье, опубликованной журналом Science. Для этого азотсодержащие хлорорганические молекулы погружались в раствор металлических солей, который стимулировал их самосборку в сложную структуру, содержащую в общей сложности 192 атома.

«Мы “связали” узел с помощью самосборки: молекулярные нити накручивались вокруг металлических ионов, формируя в нужных местах пересечения, – объясняет Дэвид Ли. – Их свободные концы мы закрепили химически, завершив образование узла».

По словам ученого, возможность получать «молекулярные узлы» такой высокой сложности открывает совершенно головокружительные перспективы в получении новых материалов с невероятными свойствами. Например, такая сверхплотная «вязь» полимерных нитей может помочь в создании пуленепробиваемых тканей и бронежилетов намного более легких и гибких, чем кевларовые. Дэвид Ли приводит и пример паучий шелк, невероятно легкий и прочный, свойства которого обеспечиваются не только входящими в его состав полимерами, но и тем, как они связаны между собой.