Un gruppo di chimici di Manchester ha legato con successo per la prima volta una serie di nodi microscopici usando singole molecole, inaugurando l'avvento di una forma di tessitura su nanoscala che potrebbe creare una nuova generazione di materiali avanzati.

Il gruppo con sede presso l'Università di Manchester ha sviluppato un modo per legare un filamento molecolare artificiale di 15 nanometri (15 milionesimi di millimetro) in uno qualsiasi dei tre diversi nodi, proprio come se si utilizzasse un pezzo di corda.

Un pezzo di spago può essere legato in diversi nodi, alcuni con proprietà distintive che possono essere sfruttate per diverse funzioni dai lacci delle scarpe ai cappi, intoppi, pieghe e nodi stopper. Alcune delle apparecchiature più avanzate mai sviluppate, incluso il Curiosity Rover della NASA utilizzato su Marte, utilizzare i nodi per eseguire compiti chiave. Sebbene alcune molecole di DNA e proteine ​​esistano in forma annodata, in precedenza non era possibile legare una molecola in più di un nodo complesso.

La nuova ricerca pubblicata oggi sulla rivista Natura , dimostra come gli scienziati sono stati in grado di imitare i processi biologici molecolari naturali per ottenere alternative realizzate in laboratorio per una serie di potenziali applicazioni. La biologia utilizza "assistenti molecolari" chiamati chaperon per ripiegare le proteine ​​in strutture annodate e gli scienziati di Manchester hanno applicato lo stesso concetto a un filamento molecolare sintetico utilizzando atomi di metallo per guidare il processo di piegatura.

Professor David Leigh, dell'Università di Manchester ha condotto la ricerca, ha detto:"Siamo stati in grado di legare diversi nodi in un filo molecolare utilizzando atomi di metallo per piegare e intrecciare il filo. I due siti verdi si legano a un atomo di rame; i tre siti viola si legano a un atomo di lutezio. Unendo i gruppi terminali impedisce che il nodo si sciolga quando gli atomi di metallo vengono rimossi."

Lo stesso gruppo aveva precedentemente stretto il nodo più piccolo del mondo e ora ha portato avanti la propria ricerca qui utilizzando metodi di base che sarebbero stati familiari a chiunque si fosse unito agli scout. Essere in grado di creare diversi tipi di nodi molecolari significa che gli scienziati dovrebbero essere in grado di sondare come l'annodatura influenzi la forza e l'elasticità dei materiali, il che consentirà loro di tessere fili polimerici per generare nuovi tipi di materiali.

La chiave consisteva nell'intersparare i siti di legame per diversi ioni metallici lungo il filamento molecolare. Quando un atomo di metallo si lega a siti specifici sul filo, fa piegare il filo creando un "groviglio" nel filo. Diversi grovigli si combinano per formare nodi più grandi secondo la teoria del groviglio (sviluppato dal matematico John H. Conway, noto anche per aver sviluppato 'Game of Life'). Diverse combinazioni di ioni metallici (rame e/o lutezio, o nessuno, consentito uno qualsiasi dei tre diversi nodi:un nodo, un nodo trilobato, e un nodo a tre giri, da annodare nello stesso filo molecolare.

Legare il filamento molecolare in diversi nodi cambia le sue proprietà. Quando il filo è legato nel punto più stretto, più complesso, nodo - il nodo a tre giri - può legare due atomi di metallo contemporaneamente, un atomo di rame e un atomo di lutezio. Però, i nodi più sciolti (ad esempio il nodo trifoglio e lo snodo) possono legare solo un atomo di metallo alla volta:un atomo di rame, o un atomo di lutezio. inaspettatamente, la rilegatura in metallo può anche cambiare il modo in cui il cappio annodato è impigliato, come un gioco molecolare della culla del gatto.

La capacità di legare un filamento molecolare in diversi nodi, e successivamente modificare la regione e il grado di entanglement, apre nuove opportunità e direzioni di ricerca per modificare la funzione e le proprietà di altre catene molecolari, come polimeri e plastiche.