I årtionden, forskare har försökt skapa en sann molekylkedja:en upprepad uppsättning små ringar som är sammankopplade. I en studie i Vetenskap publicerad online 30 november, Forskare vid University of Chicago tillkännagav den första bekräftade metoden för att skapa en sådan molekylkedja.

Många molekyler som beskrivs som "kopplade" är förenade med fixerade kovalenta bindningar - inte två fritt rörliga sammankopplade ringar. Skillnaden gör stor skillnad när det kommer till hur kedjan rör sig.

"Tänk på att dingla en silverkedja på din handflata:den faller lätt ihop i en platt pool och kan rinna av din hand, mycket annorlunda än en sträng av fasta pärlor, sa Stuart Rowan, professor vid UChicago's Institute for Molecular Engineering och Institutionen för kemi och huvudförfattare på tidningen.

De längre sammankopplade kedjorna kan göra material eller maskiner med spännande egenskaper, sa forskare. Polymerer - material gjorda av upprepade enheter sammanfogade - är extremt användbara i vardagen, tillverkar allt från plast till proteiner; och detta nya sätt att kombinera de återkommande enheterna kan öppna nya vägar inom ingenjörskonst.

"En metallstav är styv, men en metallkedja gjord av samma material är väldigt flexibel, " sa UChicago postdoktorn Qiong Wu, den första författaren på tidningen. "Genom att behålla samma kemiska sammansättning men ändra arkitekturen, du kan dramatiskt förändra materialets beteende."

Tidigare tekniker – inklusive en som gav sin uppfinnare en andel i 2016 års Nobelpris i kemi – hade bara kunnat länka samman högst sju ringar. Istället för att försöka kombinera uppsättningar med två eller tre slingor till en större kedja, den nya metoden kombinerar ett antal slutna ringar och öppna slingor. De lade till en metalljon som höll ihop öglorna och ringarna, utförde en reaktion för att stänga de öppna öglorna och tog sedan bort metallen för att avslöja en uppsättning sammankopplade öglor på en gång, två dussin eller fler slingor långa.

Eftersom de är så försvinnande små - varje slinga är ungefär en nanometer i diameter, mindre än hundra atomer tvärs över—teamet ägnade mycket tid åt att bevisa att kedjan verkligen hade fritt roterande öglor. Men en kombination av experimentella och beräkningstekniker övertygade forskarna om att de var verkliga.

Det har varit en teori om att sådana kedjor ska absorbera energi väl - en användbar egenskap för att dämpa ljud eller absorbera vibrationer. Det borde använda mindre energi för att kollapsa till mindre konfigurationer, eftersom det tar mindre energi att flytta en ring än att manipulera kovalenta bindningar. Det är till och med möjligt att kedjorna kan byggas för att expandera och dra ihop sig som ett dragspel baserat på en stimulans; alla intressanta förmågor för små maskiner.

"Detta är verkligen en ny polymerarkitektur, som skulle kunna erbjuda dig alla fördelarna med polymerer – såsom kraftfull funktionalitet och tunerbarhet – plus förmågan att koordinera och konstruera deras rörelse i mycket liten skala, sa doktoranden Phil Rauscher, också medförfattare.

"Vi är mycket glada över att utforska deras egenskaper nu när vi vet hur man gör dem, " sa Rowan.