«Невозможная» молекулярная сборка: ученые нашли способ создавать необычные материалы

Фото: interestingengineering.com

С помощью сочетания химических реакций, запускаемых светом, ученые сумели вставить нитевидную молекулу в кольцевую молекулу в высокоэнергетической конфигурации. Эта молекулярная сборка не может произойти естественным образом. В результате эксперимента была создана структура, которая не находится в термодинамическом равновесии, что является редким достижением, когда речь идет об искусственных системах. Данный подход поможет создавать новые необычные материалы и технологии, считают ученые. Исследование опубликовано в журнале Chem, пишет Interesting Engineering.

Искусственная система, такая как наномотор, формируется, когда ее молекулярные компоненты самоорганизуются и достигают состояния термодинамического равновесия. Но, когда дело касается живых существ, они функционируют, оставаясь вдали от самоорганизации и термодинамического равновесия.

Предотвращение самоорганизации и воспроизведение таких, подобных живым существам, механизмов с помощью искусственных систем является сложной задачей. Но если ее решить, то это может позволить создать новые вещества, которые можно будет использовать для разработки, например, умных лекарств и активных материалов, говорят ученые.

Авторы исследования использовали две молекулы для своего эксперимента: кольцевой циклодекстрин и нитевидное производное азобензола. Первый состоит из глюкозы и используется для переноса лекарств, пищевых добавок и очищающих средств. В то время как последний обладает сверхъестественной способностью менять форму под воздействием света.

Когда обе молекулы взаимодействовали в воде, это приводило к образованию двух комплексов: комплекса A и комплекса B. Только комплекс A был термодинамически стабильным, формировался медленно и он может существовать даже в отсутствие света.

Когда две молекулы взаимодействовали в присутствии видимого света, то молекула азобензола изгибалась, в результате чего комплекс распадался, поскольку его новая форма больше не соответствовала полости циклодекстрина.

Это нарушение самоорганизации системы привело к образованию быстро образующегося, но менее стабильного комплекса B. Кратковременно существующий нестабильный комплекс B представляет собой новый продукт, который невозможно создать, если искусственная система следует своей изначальной природе.

По словам ученых, механизм самоорганизации в сочетании с фотохимической реакцией позволяет использовать энергию света для сборки нестабильных веществ. Когда свет выключается, азобензол возвращается в свою первоначальную форму, и образуется комплекс A. При этом нет никаких признаков комплекса B, говорят ученые. Этот эксперимент продемонстрировал, что можно создавать новые искусственные системы, управляя механизмом их самоорганизации.

Ученые говорят, что, используя их подход и совершенствуя его дальше, можно разрабатывать новые методы химического синтеза и устройства, такие как наномоторы, которые могут работать в неравновесных условиях. Это позволит создавать новые необычные вещества, материалы и технологии, которые в том числе можно использовать в медицине.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform