Ваш браузер устарел, поэтому сайт может отображаться некорректно. Обновите ваш браузер для повышения уровня безопасности, скорости и комфорта использования этого сайта.
Обновить браузер

Химики случайно завязали самый маленький узел в мире из 54 атомов: как им это удалось?

Конструкция содержит золото, а еще признана самой прочной из себе подобных

24 января 2024Обсудить
Химики случайно завязали самый маленький узел в мире из 54 атомов: как им это удалось?
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 исследование 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.

<p>Ричард Паддефатт</p>

«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.

Подписываясь на рассылку вы принимаете условия пользовательского соглашения