Forskare har designat två typer av byggstenar i nanostorlek som automatiskt kan anslutas till kuber och krypa tillbaka till individuella komponenter baserat på temperaturen i deras miljö. Denna prestation är ytterligare ett steg mot kemiska system som mer realistiskt efterliknar livet.

"Föreställ dig att blanda två vätskor tillsammans, som bläck och vatten. De kommer automatiskt att göra den enkla kemiska processen att dispergera tills de är perfekt blandade, " sa professor Shuichi Hiraoka vid University of Tokyo Department of Basic Science.

"Dock, det finns ingen kemisk process för att automatiskt separera vatten och bläck – du måste koka vattnet till en gas för att separera det från bläcket, " han lade till.

De nya byggstenarna designade av Hirokas team kan ansluta eller förvränga sig automatiskt på grund av de olika temperaturstabiliteterna hos kuberna som de bildar.

De två typerna av byggstenar är nästan identiska och är formade som snöflingor. Forskare färgar dem röda eller blå i schematiska diagram. En kub sammansatt av röda block är stabil under 130 grader Celsius (266 grader Fahrenheit), medan en kub sammansatt av blå block är stabil endast under 65 grader Celsius (149 grader Fahrenheit).

När de hålls isär, byggstenarna ansluts till helt röda eller helt blå enhetliga kuber.

När de två typerna av kuber blandas ihop i rumstemperatur (25 grader Celsius, 77 grader Fahrenheit), de röda och blå byggstenarna kombineras automatiskt till den mest stabila typen av kuber, som är gjorda av valfri kombination av tre röda och tre blå block. Denna blandning av röd-blå kuber är analog med välblandat bläck och vatten.

När forskare vill blanda de röd-blå kuberna för att reformera helt röda och helt blå kuber, de gör en enkel temperaturändring i två steg. Denna förmåga representerar en kemisk prestation som inte är möjlig med en blandning av bläck och vatten.

Först, de värmer upp blandningen till kokning (100 grader Celsius, 212 grader Fahrenheit). De blå kuberna blir instabila och flyter iväg som individuella molekyler, medan de röda byggstenarna kombineras till helt röda kuber.

Sedan, forskare kyler snabbt blandningen (0 grader Celsius, 32 grader Fahrenheit) så att de röda kuberna håller ihop medan de blå byggstenarna automatiskt sätts ihop till helt blå kuber.

Forskare kan också förhindra en blandning av helt röda och helt blå kuber från att krypa in i de mer stabila röd-blå blandade kuberna genom att fylla kuberna med något, till exempel andra molekyler som kolväten. Gästmolekylerna låser effektivt kuberna stängda från insidan så att byggstenarna inte kan krypa in i andra, mer stabila kubkombinationer.

"I framtiden, vi planerar att utveckla ett ännu mer komplicerat kemiskt system baserat på molekylära kuber, genom att använda den unika självmonteringsförmågan och en mängd olika energikällor utöver bara värme, " sa Hiraoka.