• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Ett periodiskt system med molekylära knutar

    Vilka nya knuttyper kommer det att vara möjligt att förverkliga i framtiden? Detta är den utmanande frågan som SISSA -forskare, i samarbete med University of Padua, har tacklat med hjälp av datasimuleringar i detta nya arbete publicerat i Naturkommunikation . Upphovsman:Mattia Marenda och Cristian Micheletti

    Tänk på ett kort rep - kan du gissa vilka knutar som är mer benägna att bilda om du skrynklar och skakar det? Syntetiska kemister har länge arbetat med en molekylär version av detta problem, och änsålänge, har lyckats syntetisera ett halvt dussin knoptyper med hjälp av molekylära självmonterade tekniker. Men vilka andra knuttyper skulle kunna förverkligas i framtiden? Detta är den utmanande frågan som SISSA -forskare, i samarbete med University of Padua, har tacklat med hjälp av datasimuleringar i detta nya arbete publicerat i Naturkommunikation .

    Forskarna identifierade en kortlista, ett slags "periodiskt bord" av de mest designbara knuttyperna, dvs de knutar som lätt skulle kunna sättas ihop under lämpliga fysikaliska och kemiska förhållanden. Resultaten, erhålls med beräkningsmässiga förutsägbara modeller, stöds av de senaste experimentella resultaten och borde hjälpa syntesen av ännu oupptäckta topologier. Den här studien, och den allt mer förutsägbara förmågan hos molekylära modelleringstekniker, kan skapa nya möjligheter för framtida avancerade applikationer, som konstruktion av sofistikerade molekylära maskiner för lastning och leverans av nanoskala.

    Inte bara en intellektuell utmaning

    "Det finns ett växande vetenskapligt intresse för komplexa molekyler. I detta sammanhang, möjligheten att designa och syntetisera nya typer av molekylära knutar är särskilt tilltalande, "säger Mattia Marenda, första författare till denna forskning.

    "Tills nyligen, endast få typer av molekylära knutar hade syntetiserats. Dessa var de enklaste knutarna i matematiska tabeller, dvs de som har högst 5 väsentliga korsningar. "Man kunde således ha förutsagt att nästa knuttyp som skulle syntetiseras skulle ha haft sex korsningar. Men i en beräkningstudie från 2015, medförfattare Cristian Micheletti och samarbetspartners hävdade att den enklaste och mest designabla oupptäckta knuttypen var betydligt mer komplex och innehöll upp till åtta viktiga korsningar. Denna förutsägelse bekräftades experimentellt 2017 och motiverade den aktuella studien, som använde en mer systematisk undersökning av de former eller konfigurationer som kan bildas av identiska byggstenar som sys ihop på ett strängliknande sätt.

    "Med dessa modeller, vi syftade till att upptäcka vilka nya typer av molekylära knutar, om någon, skulle vara lättast att få med nuvarande syntetiska kemitekniker, särskilt självmontering. Vi fann att dessa privilegierade knuttyper existerar, men är väldigt sällsynta. Endast ett dussin olika topologier är realiserbara bland miljontals enkla knuttyper. Resultaten av våra modeller hade en inneboende enkelhet, "säger Marenda." Den molekylära vävningen av dessa knuttyper är modulär och mycket symmetrisk. Vi använde dessa funktioner som urvalskriterier för att sålla det enorma kombinatoriska utrymmet för molekylära vävmönster och fick en kort lista över knyttyper som förväntas enkelt monteras från få identiska byggstenar. "

    "Listan liknar en periodisk tabell, genom att den är organiserad i rader och kolumner som återspeglar olika aspekter av den förväntade svårigheten med praktisk förverkligande, "fortsätter Micheletti." Resultaten stöds av senaste experiment och detta tyder på att tabellen verkligen kan vara användbar för experimentella kemister för att välja måltopologier för ytterligare studier och applikationer. "

    Vad är möjliga långsiktiga resultat av denna forskning? "Just nu, "förklarar Marenda, "kemister och fysiker har mest fokuserat på proof-of-concept-demonstrationer av utformning och syntes av molekylära knutar. intressanta tillämpningsvägar har redan föreslagits. "

    Ett främsta exempel är montering av molekylära burar:"I det här fallet, specifika ämnen kan vara kapslade eller fångade i vävningar av syntetiska molekylknutar. Den senare kan sedan fungera som en kontrollerbar molekylär maskin, kan lasta eller släppa en nanoskala last beroende på de specifika fysikalisk-kemiska förhållandena. Det här är intressanta och tilltalande perspektiv för möjliga tillämpningar inom medicin eller elektronik. "


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com