- Источник:
Midjourney
Исследователи из Даляньского института химической физики Китайской академии наук и Университета Западного Онтарио (Канада) во время эксперимента с атомами золота создали самый маленький и самый прочный узел в мире. Цепочка из 54 атомов неожиданно для ученых сама свернулась и образовала трижды переплетенную петлю — форму трилистника. Такой узел не имеет свободных концов и его нельзя развязать.
Клевер вместо цепочки
Авторы отмечают, что, как и многие важные открытия, эта «самосборка» крошечного молекулярного узла была случайностью — но однозначно счастливой. Изучение технологии появления таких микроузлов важно для понимания того, как они синтезируются естественным путем в белковых структурах, ДНК, РНК и для создания материалов с уникальными свойствами.
В 1989 году ученые впервые разработали и применили сложный метод формирования химических узлов, используя ионы металла, чтобы направлять спиральные цепочки в желаемую структуру трилистника. С тех пор предлагались несколько способов синтеза микроскопических узлов, в 2020 году химики установили рекорд, когда заставили нить из 69 атомов трижды переплестись, образуя самый простой из нетривиальных узлов в форме трехлистного клевера.
Новое побило этот рекорд, хотя и не специально. Команда создавала в лаборатории ацетилиды металлов, в данном случае золота, чтобы в дальнейшем использовать их в проведении органических химических реакций. При соединении ацетилида золота с другой углеродной структурой, ученые внезапно получили узел вместо цепочки или катенана, как ожидалось.
Химики определили, что «трилистник» содержит всего 54 атома, включая шесть атомов золота, а его коэффициент пересечения основной нити — 18. Что намного меньше предыдущего узла 2020 года из 69 атомов с коэффициентом 23. Поэтому новый узел — самый маленький и тугой из известных «трилистников» на сегодняшний день.
Зачем людям узлы из атомов
По квантово-химическим расчетам предыдущих исследований предполагается, что наименьший из возможных «трилистников» будет состоять из 50 атомов. То есть новое открытие уже близко к прогнозируемому пределу. Авторы надеются, что оно мотивирует наконец научиться создавать аналогичные, но более надежные самособирающиеся структуры. Но для этого еще нужно разобраться, как рекордный узел получился.
«Это довольно сложная система, и, честно говоря, мы до сих пор не знаем, как это происходит».
«Но молекулярные узлы, синтез которых сопряжен со многими трудностями, играют важную роль в структуре и функционировании белка, а также в создании полезных молекулярных материалов, свойства которых зависят от размера узловатой структуры», — добавил Паддефатт.
Кроме того что узлы часто используются людьми в различных сферах жизни, они важны для всех живых существ на биологическом уровне: в природе узловые структуры образуются естественным образом в ДНК, РНК и различных белках в организме. Понимание того, как они формируются и какую роль играют, поможет совершить новые открытия, вероятнее всего, в биологии, медицине, эволюции и других областях науки. А способность «завязывать» прочные микроскопические узлы методом самосборки цепочек атомов может быть использована для создания более совершенных пластмасс и полимеров.
Какие важнейшие открытия химики сделали в 2023 году, журналу «Вокруг света» рассказал эксперт из РХТУ им. Д.И. Менделеева.
