Το αξιοσημείωτο μικροσκοπικό κουβάρι περιέχει μόλις 54 άτομα που περιστρέφονται τρεις φορές σε έναν βρόχο που ονομάζεται κόμπος «τριφυλλιού», χωρίς ελεύθερα άκρα.

Αυτό το σχήμα «τριφυλλιού» είναι ο απλούστερος από τους μη τετριμμένους κόμβους και είναι θεμελιώδες για τη μαθηματική θεωρία κόμβων .

Το 2020, χημικοί στην Κίνα εκπαίδευσαν μια αλυσίδα 69 ατόμων για να διασχίσει τον εαυτό της τρεις φορές για να σχηματίσει το σχήμα του τριφυλλιού. Τώρα, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Δυτικού Οντάριο στον Καναδά και της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών ένωσαν τις δυνάμεις τους και ξεπέρασαν αυτό το ρεκόρ.

Καθώς η αναλογία των ατόμων προς τις «πίσω διασταυρώσεις» μειώνεται, η δύναμη του μοριακού κόμπου δυναμώνει. Ο κόμπος που δημιουργήθηκε το 2020 έχει αναλογία διασταύρωσης κορμού (BCR) 23.

Ο τρέχων κόμπος έχει βαθμολογία BCR 18.

Μάλιστα οι περισσότεροι οργανικοί μοριακοί κόμβοι έχουν BCR μεταξύ 27 και 33. Αν και οι ειδικοί δεν είναι σίγουροι πόσο πιο μικρούς και σφιχτούς κόμπους είναι δυνατό να κάνουν, οι κβαντικοί χημικοί υπολογισμοί υποδηλώνουν ότι η πιο σταθερή δομή τριφυλλιού έχει μήκος περίπου 50 μόρια, κάτι που σημαίνει ότι πλησιάζουμε πιο κοντά στο θεωρητικό όριο.

Το πρόσφατο κατόρθωμα φέρνει τους ειδικούς πιο κοντά από ποτέ στους μικροσκοπικούς κόμβους που σχηματίζονται φυσικά στο DNA, το RNA και διάφορες πρωτεΐνες στο σώμα μας. Επιπλέον, η κατανόηση του πώς σχηματίζονται οι νεότεροι κόμποι θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατασκευάσουν καλύτερα πλαστικά και πολυμερή.

«Οι μοριακοί κόμβοι, των οποίων η σύνθεση παρουσιάζει πολλές προκλήσεις, μπορούν να παίξουν σημαντικούς ρόλους στη δομή και τη λειτουργία των πρωτεϊνών καθώς και σε χρήσιμα μοριακά υλικά, των οποίων οι ιδιότητες εξαρτώνται από το μέγεθος της δομής με κόμπους», εξηγεί η ομάδα ερευνητών.

Όπως πολλές επιστημονικές ανακαλύψεις, αυτή ήταν ένα ευτυχές ατύχημα. Ο χημικός Richard Puddephatt είπε στον Alex Wilkins στο New Scientist πώς συνέβη το τρελό γεγονός.

Ο Puddephatt και οι συνεργάτες του εργάζονταν για τη δημιουργία μεταλλικών ακετυλιδίων στο εργαστήριο, τα οποία είναι αλκύνια –ένας τύπος υδρογονάνθρακα– με το υδρογόνο να αφαιρείται από το άκρο. Αυτό το τελικό προϊόν είναι εξαιρετικά χρήσιμο καθώς μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να πραγματοποιήσουν οργανικές χημικές αντιδράσεις.

Όταν συνέδεσε το ακετυλίδιο του χρυσού με μια άλλη δομή άνθρακα που ονομάζεται σύμπλοκο διφωσφίνης, η ομάδα δημιούργησε απροσδόκητα έναν κόμπο τριφυλλιού αντί για μια χρυσή αλυσίδα ή κατενάνιο .

Από το 1989 , οι χημικοί προσπαθούν να δέσουν μοριακούς κόμπους οδηγώντας ελικοειδείς αλυσίδες σε μια επιθυμητή δομή με μεταλλικά ιόντα.

Το 2020 , για παράδειγμα, οι χημικοί έδεσαν τον πιο σφιχτό κόμπο τριφυλλιού της εποχής χρησιμοποιώντας άτομα μετάλλου για να « διπλώσουν και να περιπλέξουν » τον μοριακό κλώνο. Όταν αυτά τα μεταλλικά άτομα αφαιρούνται στο τέλος της διαδικασίας, ο κόμπος δεν μπορεί να λυθεί.

Ο νεότερος «κόμπος» χρυσού είναι διαφορετικός γιατί συναρμολογείται μόνος του.

«Είναι ένα αρκετά περίπλοκο σύστημα και, ειλικρινά, δεν ξέρουμε πώς συμβαίνει», είπε ο Puddephatt, ο οποίος εργάζεται στο Πανεπιστήμιο του Δυτικού Οντάριο, στο New Scientist .

Αυτός και οι συνάδελφοί του ελπίζουν ότι ο κόμπος τους θα «προσφέρει ένα ισχυρό κίνητρο για να επιδιώξουν παρόμοιες, αλλά πιο ισχυρές δομές με αυτοσυναρμολόγηση» στο μέλλον.

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Nature Communications .

(photo: pixabay)