Per decenni, gli scienziati hanno cercato di creare una vera catena molecolare:un insieme ripetuto di minuscoli anelli intrecciati tra loro. In uno studio in Scienza pubblicato online il 30 novembre, I ricercatori dell'Università di Chicago hanno annunciato il primo metodo confermato per creare una tale catena molecolare.

Molte molecole descritte come "collegate" sono unite con legami covalenti fissi, non due anelli interconnessi che si muovono liberamente. La distinzione fa una grande differenza quando si tratta di come si muove la catena.

"Pensa a far penzolare una catena d'argento sul tuo palmo:crolla facilmente in una piscina piatta e può scorrere via dalla tua mano, molto diverso da un filo di perline fisse, " disse Stuart Rowan, un professore presso l'Istituto di ingegneria molecolare e dipartimento di chimica dell'UChicago e autore principale dell'articolo.

Le catene interconnesse più lunghe potrebbero realizzare materiali o macchine con proprietà intriganti, ricercatori hanno detto. I polimeri, materiali costituiti da unità ripetute unite tra loro, sono estremamente utili nella vita di tutti i giorni, che compongono tutto, dalla plastica alle proteine; e questo nuovo modo di combinare le unità ripetute potrebbe aprire nuove strade nell'ingegneria.

"Un'asta di metallo è rigida, ma una catena di metallo dello stesso materiale è molto flessibile, " ha detto Qiong Wu, ricercatore post-dottorato di UChicago, il primo autore sulla carta. "Mantenendo la stessa composizione chimica ma cambiando l'architettura, puoi cambiare drasticamente il comportamento del materiale."

Le tecniche precedenti, inclusa quella che ha fruttato al suo inventore una quota nel Premio Nobel per la Chimica 2016, erano state in grado di collegare insieme al massimo sette anelli. Invece di provare a combinare serie di due o tre anelli in una catena più grande, il nuovo metodo combina un numero di anelli chiusi e di anelli aperti. Hanno aggiunto uno ione metallico che tiene insieme i cappi e gli anelli, ha eseguito una reazione per chiudere gli anelli aperti e quindi ha rimosso il metallo per rivelare una serie di anelli interconnessi tutti in una volta, due dozzine o più di anelli.

Poiché sono così incredibilmente piccoli, ogni anello ha un diametro di circa un nanometro, meno di un centinaio di atomi di diametro:il team ha trascorso molto tempo a dimostrare che la catena aveva davvero anelli a rotazione libera. Ma una combinazione di tecniche sperimentali e computazionali ha convinto i ricercatori che erano reali.

È stato teorizzato che tali catene dovrebbero assorbire bene l'energia, una proprietà utile per smorzare il suono o assorbire le vibrazioni. Dovrebbe usare meno energia per collassare in configurazioni più piccole, poiché ci vuole meno energia per muovere un anello che per manipolare legami covalenti. È anche possibile che le catene possano essere costruite per espandersi e contrarsi come una fisarmonica basata su uno stimolo; tutte abilità interessanti per piccole macchine.

"Questa è davvero una nuova architettura polimerica, che potrebbe offrirti tutti i vantaggi dei polimeri, come una potente funzionalità e sintonizzabilità, oltre alla capacità di coordinare e ingegnerizzare il loro movimento su scala molto piccola, " ha detto il dottorando Phil Rauscher, anche coautore.

"Siamo molto entusiasti di esplorare le loro proprietà ora che sappiamo come realizzarli, " ha detto Rowan.