Durante décadas, los científicos han estado tratando de hacer una verdadera cadena molecular: un conjunto repetido de pequeños anillos entrelazados. En un estudio en ciencia publicado en línea el 30 de noviembre, los investigadores de la Universidad de Chicago anunciaron el primer método confirmado para diseñar una cadena molecular de este tipo.
Muchas moléculas descritas como "unidas" se unen con enlaces covalentes fijos, no dos anillos entrelazados que se mueven libremente. La distinción hace una gran diferencia cuando se trata de cómo se mueve la cadena.
"Piensa en colgar una cadena de plata en tu palma: se derrumba fácilmente en una piscina plana y puede fluir de tu mano, muy diferente de una cadena de cuentas fijas", dijo Stuart Rowan, profesor del Instituto de Ingeniería Molecular de UChicago yDepartamento de Química y autor principal del artículo.
Las cadenas entrelazadas más largas podrían hacer materiales o máquinas con propiedades intrigantes, dijeron los investigadores. Los polímeros, materiales hechos de unidades repetidas unidas, son extremadamente útiles en la vida cotidiana, ya que componen todo, desde plásticos hasta proteínas; y esta nueva forma decombinar las unidades repetidas podría abrir nuevas vías en ingeniería.
"Una barra de metal es rígida, pero una cadena de metal hecha del mismo material es muy flexible", dijo el investigador postdoctoral de UChicago Qiong Wu, el primer autor del artículo. "Al mantener la misma composición química pero cambiando la arquitectura, ustedpuede cambiar drásticamente el comportamiento del material "
Las técnicas anteriores, incluida una que le valió a su inventor una participación en el Premio Nobel de Química de 2016, solo habían podido unir como máximo siete anillos. En lugar de intentar combinar conjuntos de dos o tres bucles en una cadena más grande, el nuevo método combina una serie de anillos cerrados y bucles abiertos. Agregaron un ion metálico que mantenía unidos los bucles y los anillos, realizaron una reacción para cerrar los bucles abiertos y luego quitaron el metal para revelar un conjunto de bucles entrelazados a la vez, dos docenas o más de bucles de largo.
Debido a que son tan pequeños, cada bucle mide aproximadamente un nanómetro de diámetro, menos de cien átomos de ancho, el equipo pasó mucho tiempo probando que la cadena realmente tenía bucles que giraban libremente. Pero una combinación de experimental y computacionaltécnicas convencieron a los investigadores de que eran reales.
Se ha teorizado que tales cadenas deberían absorber bien la energía, una propiedad útil para amortiguar el sonido o absorber las vibraciones. Debería usar menos energía para colapsar en configuraciones más pequeñas, ya que se necesita menos energía para mover un anillo que para manipular enlaces covalentes.Incluso es posible que las cadenas se puedan construir para expandirse y contraerse como un acordeón basado en un estímulo; todas las habilidades interesantes para máquinas pequeñas.
"Esta es realmente una nueva arquitectura de polímeros, que podría ofrecerle todos los beneficios de los polímeros, como una potente funcionalidad y capacidad de ajuste, además de la capacidad de coordinar e diseñar su movimiento a muy pequeña escala", dijo el estudiante graduado PhilRauscher, también coautor.
"Estamos muy emocionados de explorar sus propiedades ahora que sabemos cómo hacerlas", dijo Rowan.
El otro autor de UChicago en el documento fue el Prof. Juan de Pablo del Instituto de Ingeniería Molecular.
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Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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