Al decenia, wetenschappers hebben geprobeerd een echte moleculaire keten te maken:een herhaalde reeks kleine ringen die in elkaar grijpen. In een studie in Wetenschap online gepubliceerd op 30 november Onderzoekers van de Universiteit van Chicago hebben de eerste bevestigde methode aangekondigd om zo'n moleculaire keten te maken.

Veel moleculen die als "gekoppeld" worden beschreven, zijn verbonden met vaste covalente bindingen - niet twee vrij bewegende in elkaar grijpende ringen. Het onderscheid maakt een groot verschil als het gaat om hoe de ketting beweegt.

"Denk eraan om een ​​zilveren ketting aan je handpalm te bungelen:hij stort gemakkelijk in een platte plas en kan uit je hand stromen, heel anders dan een reeks vaste kralen, " zei Stuart Rowan, een professor aan UChicago's Institute for Molecular Engineering en Department of Chemistry en hoofdauteur van het papier.

De langere in elkaar grijpende kettingen kunnen materialen of machines maken met intrigerende eigenschappen, aldus onderzoekers. Polymeren - materialen gemaakt van herhaalde eenheden die aan elkaar zijn verbonden - zijn buitengewoon nuttig in het dagelijks leven, alles verzinnen, van plastic tot eiwitten; en deze nieuwe manier om de herhalingseenheden te combineren, zou nieuwe wegen in de techniek kunnen openen.

"Een metalen staaf is stijf, maar een metalen ketting van hetzelfde materiaal is erg flexibel, " zei UChicago postdoctoraal onderzoeker Qiong Wu, de eerste auteur op het papier. "Door dezelfde chemische samenstelling te behouden, maar de architectuur te veranderen, je kunt het gedrag van het materiaal drastisch veranderen."

Eerdere technieken, waaronder een die de uitvinder een aandeel opleverde in de Nobelprijs voor Scheikunde van 2016, waren er slechts in geslaagd om maximaal zeven ringen aan elkaar te koppelen. In plaats van te proberen sets van twee of drie lussen te combineren tot een grotere ketting, de nieuwe methode combineert een aantal gesloten ringen en open lussen. Ze voegden een metaalion toe dat de lussen en ringen bij elkaar hield, voerde een reactie uit om de open lussen te sluiten en verwijderde vervolgens het metaal om een ​​reeks in elkaar grijpende lussen in één keer te onthullen, twee dozijn of meer lussen lang.

Omdat ze zo verdwijnend klein zijn - elke lus is ongeveer een nanometer in diameter, minder dan honderd atomen breed - het team besteedde veel tijd aan het bewijzen dat de ketting echt vrij roterende lussen had. Maar een combinatie van experimentele en computationele technieken overtuigde de onderzoekers ervan dat ze echt waren.

Er is een theorie dat dergelijke kettingen energie goed zouden moeten absorberen - een nuttige eigenschap voor het dempen van geluid of het absorberen van trillingen. Het zou minder energie moeten verbruiken om in kleinere configuraties in te storten, omdat het minder energie kost om een ​​ring te verplaatsen dan om covalente bindingen te manipuleren. Het is zelfs mogelijk dat de kettingen zo kunnen worden gebouwd dat ze uitzetten en samentrekken als een accordeon op basis van een stimulus; allemaal interessante mogelijkheden voor kleine machines.

"Dit is echt een nieuwe polymeerarchitectuur, die u alle voordelen van polymeren zou kunnen bieden, zoals krachtige functionaliteit en afstembaarheid, plus de mogelijkheid om hun beweging op zeer kleine schaal te coördineren en te ontwikkelen, " zei afgestudeerde student Phil Rauscher, ook co-auteur.

"We zijn erg enthousiast om hun eigendommen te verkennen nu we weten hoe we ze moeten maken, ' zei Rowan.