"Неможлива" молекулярна збірка: вчені знайшли спосіб створювати незвичайні матеріали

За допомогою поєднання хімічних реакцій, що запускаються світлом, вчені зуміли вставити ниткоподібну молекулу в кільцеву молекулу у високоенергетичній конфігурації. Ця молекулярна збірка не може відбутися природним чином. У результаті експерименту було створено структуру, яка не перебуває в термодинамічній рівновазі, що є рідкісним досягненням, коли йдеться про штучні системи. Такий підхід допоможе створювати нові незвичайні матеріали і технології, вважають вчені. Дослідження опубліковано в журналі Chem, пише Interesting Engineering.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Штучна система, така як наномотор, формується, коли її молекулярні компоненти самоорганізуються і досягають стану термодинамічної рівноваги. Але, коли справа стосується живих істот, вони функціонують, залишаючись далеко від самоорганізації та термодинамічної рівноваги.

Запобігання самоорганізації та відтворення таких, подібних до живих істот, механізмів за допомогою штучних систем є складним завданням. Але якщо його розв'язати, то це може дати змогу створити нові речовини, які можна буде використовувати для розроблення, наприклад, розумних ліків і активних матеріалів, кажуть учені.

Автори дослідження використовували дві молекули для свого експерименту: кільцевий циклодекстрин і ниткоподібне похідне азобензолу. Перший складається з глюкози і використовується для перенесення ліків, харчових добавок і очищувальних засобів. Тоді як останній має надприродну здатність змінювати форму під впливом світла.

Коли обидві молекули взаємодіяли у воді, це призводило до утворення двох комплексів: комплексу A і комплексу B. Тільки комплекс A був термодинамічно стабільним, формувався повільно і він може існувати навіть за відсутності світла.

Коли дві молекули взаємодіяли в присутності видимого світла, то молекула азобензолу вигиналася, внаслідок чого комплекс розпадався, оскільки його нова форма більше не відповідала порожнині циклодекстрину.

Це порушення самоорганізації системи призвело до утворення швидко утворюваного, але менш стабільного комплексу B. Короткочасний нестабільний комплекс B є новим продуктом, який неможливо створити, якщо штучна система слідує своїй початковій природі.

За словами вчених, механізм самоорганізації в поєднанні з фотохімічною реакцією дає змогу використовувати енергію світла для складання нестабільних речовин. Коли світло вимикається, азобензол повертається у свою первісну форму, і утворюється комплекс A. При цьому немає жодних ознак комплексу B, кажуть учені. Цей експеримент продемонстрував, що можна створювати нові штучні системи, керуючи механізмом їхньої самоорганізації.

Вчені кажуть, що, використовуючи їхній підхід і вдосконалюючи його далі, можна розробляти нові методи хімічного синтезу і пристрої, такі як наномотори, які можуть працювати в нерівноважних умовах. Це дасть змогу створювати нові незвичайні речовини, матеріали і технології, які, зокрема, можна використовувати в медицині.

Як уже писав Фокус, вчені створили квантову заплутаність двох абсолютно різних частинок: світла і звуку. Фізики назвали свою квантову систему оптоакустичною заплутаністю, і вона може змінити квантові технології.

Також Фокус писав про те, що археологи з'ясували, навіщо побудували Стоунхендж. Знаменитий пам'ятник міг мати політичну функцію, але в кінцевому підсумку виявився повним провалом.