شیمی دان ها به تازگی به شکل تصادفی کوچکترین و محکم ترین گره دنیا را ایجاد کرده اند که فقط از ۵۴ اتم ساخته شده است.
به گزارش ایسنا، دانشمندان دانشگاه وسترن انتاریو و آکادمی علوم چین بطور تصادفی کوچک ترین و محکم ترین گره را ایجاد کرده اند که میتواند در کتاب رکوردهای جهانی گینس ثبت شود.
این درهم تنیدگی میکروسکوپی قابل توجه شامل تنها ۵۴ اتم است که سه بار به دور خود پیچیده و به حلقه ای در هم پیچیده تبدیل شده که به آن «گره سه پره» می گویند.
این شکل که شبیه به گیاه شبدر سه برگی است، ساده ترین گره است و برای نظریه گره های ریاضی بنیادی است.
شیمیدانان چینی در سال ۲۰۲۰ زنجیره ای متشکل از ۶۹ اتم را طوری قرار دادند تا سه بار از روی خود عبور کنند و گره سه پره را تشکیل دهند. اکنون پژوهشگران دانشگاه وسترن انتاریو در کانادا و آکادمی علوم چین با یکدیگر متحد شده اند و این رکورد را با ایجاد یک گره سه پره ۵۴ اتمی شکسته اند.
گفتنی است که با کاهش نسبت اتم ها نسبت به شاخص «تلاقی برگشتی» (back crossings)، قدرت گره مولکولی قوی تر می شود. گره ایجاد شده در سال ۲۰۲۰ دارای نسبت تلاقی برگشتی (BCR) ۲۳ بود، در حالی که نسبت تلاقی برگشتی گره فعلی ۱۸ است. اغلب گره های مولکولی آلی دارای BCR بین ۲۷ تا ۳۳ هستند.
در حالی که پژوهشگران مطمئن نیستند که چقدر میتوانند به ساخت این گره های تک رشته ای کوچک و محکم ادامه دهند، محاسبات شیمیایی کوانتومی نشان می دهد که پایدارترین ساختار سه پره حدود ۵۰ مولکول طول دارد. به این معنی است که ما در حال نزدیک تر شدن به حد نظری این زمینه هستیم.
این شاهکار جدید، پژوهشگران را بیش از هر زمان دیگری به گره های میکروسکوپی که به طور طبیعی در دی ان ای (DNA)، آران ای و پروتئینهای مختلف در بدن ما تشکیل میشوند، نزدیک می کند. علاوه بر این ، درک چگونگی شکل گیری جدیدترین گره ها می تواند به دانشمندان در ساخت پلاستیک ها و پلیمرهای بهتر کمک کند.
پژوهشگران می گویند:گره های مولکولی که ایجاد آن ها چالش های زیادی را بهمراه دارد، میتوانند نقش مهمی در ساختار و عملکرد پروتئین و همچنین در مواد مولکولی مفید داشته باشند که خواص آنها به اندازه ساختار آن ها بستگی دارد.
مانند بسیاری از پیشرفت های علمی، این یکی نیز یک تصادف مبارک است. ریچارد پودفات شیمیدان این رویداد اتفاقی را شرح داده است.
پودفات و همکارانش در دانشگاه وسترن انتاریو روی ایجاد استیلیدهای فلزی در آزمایشگاه کار می کردند که آلکین ها (نوعی هیدروکربن با هیدروژن حذف شده از انتهای آن) بودند. این محصول نهایی بسیار مفید است، زیرا میتواند به دانشمندان در انجام واکنش های شیمیایی آلی کمک کند.
پژوهشگران هنگام اتصال استیلید طلا با ساختار کربن دیگری به نام لیگاند دی فسفین، به طور غیرمنتظره ای به جای یک زنجیره طلا یا کاتنان (catenane)، یک گره سه پره ایجاد کردند.
شیمیدانان از سال ۱۹۸۹ تاکنون سعی در ایجاد گره های مولکولی با هدایت زنجیره های مارپیچ به ساختار مورد نظر با یون های فلزی داشتند.
برای مثال در سال ۲۰۲۰، شیمیدان ها با استفاده از اتم های فلزی برای« تا کردن و درهم تنیدگی» رشته مولکولی، محکم ترین گره سه پره آن زمان را ایجاد کردند. زمانی که این اتم های فلزی در پایان فرآیند حذف می شوند ، گره نمی تواند باز شود.
این جدیدترین گره فلزی از طلا متفاوت است، زیرا خود را جمع می کند.
پودفات که در دانشگاه وسترن انتاریو کار می کند، می گوید:این یک سیستم کاملاً پیچیده است و صادقانه بگویم، ما نمی دانیم چگونه اتفاق می افتد.
او و همکارانش امیدوارند که گره آن ها انگیزه ای قوی برای دنبال کردن ساختارهای مشابه و قوی تر در آینده ایجاد کند.
این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.
- 17
- 2
